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COME REALIZZARE UN PASSAGGIO A LIVELLO FUNZIONANTE

di Edgardo Rosatti

 

  • IL MECCANISMO

Per la realizzazione di questo sistema è necessario disporre di una riproduzione non funzionante di un passaggio a livello che abbia le sbarre in grado di potersi alzare ed abbassare liberamente.

Nella figura seguente, è rappresentato lo schema, non in scala, del dispositivo.

In figura è rappresentato il meccanismo visto in sezione frontale o come se fossimo seduti in auto mentre aspettiamo che passi il treno.

Come noterete, è necessario modificare il passaggio a livello per aggiungere la leva ed il rinvio che consentono alle sbarre di alzarsi e di abbassarsi (evidenziate in verde e arancione).

Dopo questa modifica, tirando verso il basso le aste di rinvio, le sbarre si alzeranno, viceversa si abbasseranno.

Le due aste di rinvio devono passare attraverso un foro praticato esattamente sopra il punto di appoggio del supporto delle sbarre.

Risolto questo primo problema, siamo pronti per costruire il meccanismo vero e proprio.

Per prima cosa procuriamoci un lamierino di ottone di forma rettangolare dello spessore di 1,5-2 millimetri. Le dimensioni del lamierino dipendono dalla diagonale che si forma tra i due fori dove passano le aste di rinvio.

A questo punto ci servono due tubetti di ottone in grado di ospitare le aste di rinvio delle sbarre e che andranno saldati sopra il lamierino alle estremità dei due lati più corti dello stesso. Il lamierino ed i tubetti sono evidenziati di colore azzurro.

Ora non ci resta che assemblare il lamierino così ottenuto con le aste di rinvio piegandole di 90 gradi in modo tale da poterle infilare nei tubetti saldati. La piegatura dovrà essere fatta verso il centro del passaggio a livello, cioè verso i binari. Se il sistema è montato senza attriti, basterà spingere verso l'alto il lamierino e le sbarre si chiuderanno simultaneamente. Rilasciando il lamierino, si avrà che per gravità le sbarre si alzeranno.

Questa è la parte più difficile del progetto, in quanto è quella che deve garantire un livello di funzionamento del sistema senza intoppi.

Nella figura successiva, è rappresentata una foto del mio prototipo su un diorama in scala N.

La foto evidenzia gli elementi principali e raffigura il meccanismo visto rovesciato. Inoltre vi sono alcuni particolari che ho omesso nella descrizione, come pesi in piombo incollati al lamierino per aumentarne la massa e alcune guide laterali per tenerlo in asse.

Come dicevo, essendo le dimensioni rapportate alla scala N che per sua natura è molto piccola, ho dovuto adattare il meccanismo affinché funzionasse a dovere e senza inceppamenti. Presumo che il sistema si adatti meglio a scale più grandi come la H0 o la 0, in quanto offrono ovviamente più spazio e le masse in gioco sono maggiori.

Ora che abbiamo il meccanismo in grado di azionare la discesa e la salita delle sbarre, dobbiamo motorizzarlo utilizzando un motorino elettrico demoltiplicato che abbia la possibilità di fare almeno un giro in circa 30 secondi. Io ho utilizzato un motore a 24 Volt ma alimentato a 12 Volt, il quale mi ha permesso di avere un movimento molto lento. Il suddetto motore è stato recuperato da una fotocopiatrice ed ha un braccetto calettato sul suo asse come evidenziato nel disegno di apertura.

Il motore andrà collocato sotto il lamierino ed in una posizione in grado di muoverlo. Quando il braccetto sarà in posizione alta spingerà il lamierino verso l'alto chiudendo le sbarre,  quando sarà in posizione bassa rilascerà il lamierino verso il basso aprendo le sbarre.

Sempre nella stessa immagine è evidenziato il movimento del motore (posizioni A e B).

Riassumendo, quando il motore inizierà a girare, le sbarre del passaggio a livello si abbasseranno per poi rialzarsi. Questa operazione si verificherà all'infinito fino a quando non fermeremo il motore.

  • DESCRIZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO del passaggio a livello

Dopo aver spiegato il funzionamento meccanico del nostro passaggio a livello, passiamo ora alla descrizione dello schema elettrico che gestisce il movimento del motore sottoplancia. Nella figura sottostante possiamo vedere uno schema a blocchi del circuito. Ho scelto questo approccio per definire in linea di principio la logica necessaria alla realizzazione del progetto e anche perchè è di più facile comprensione.

Vi sono alcuni blocchi che possiamo così definire:

- dispositivo di marcia/arresto controllato da due microinterruttori di  "fine corsa";

- deviatore manuale per il controllo del PL;

- motore elettrico demoltiplicato sottoplancia. 

Breve descrizione del dispositivo "marcia/arresto".

E un sistema che usa due pulsanti del tipo normalmente aperto per comandare un relè. Premendo il pulsante "marcia" l'apparecchiatura ad esso collegata entra in funzione. Premendo il pulsante "arresto" si spegne.

In campo ferromodellistico è utilizzato con successo per realizzare il blocco elettrico automatico che gestisce la circolazione dei treni su di un plastico. Nel nostro caso lo utilizzeremo per fermare il motore del PL.

Nel precedente capitolo, abbiamo visto come agisce la leva del motore quando ruota. Cioè sappiamo che quando la leva è in posizione alta il PL si chiude e quando è bassa si apre. Quindi a noi serve un sistema per fermare il motore in queste due posizioni e a questo provvederà il dispositivo di marcia/arresto mediante i due microinterruttori di fine corsa.

Abbiamo detto che il motore gira sempre in un senso, per es. orario. Quando la leva calettata sul suo asse sale, fa chiudere le sbarre del PL perché spinge il lamierino di ottone. Se ragioniamo in termini geometrici, avremo che con la leva a 0 gradi il PL è chiuso e con la leva a 180 gradi il PL è aperto (posizioni A e B della prima).

Ora vediamo come viene alimentato il motore.

Osservando lo schema a blocchi, possiamo notare la presenza di un relè a semplice deviatore e un deviatore manuale che agiscono sull'alimentazione del motore elettrico. Nella condizione rappresentata nell'ultima figura, quando alimentiamo il circuito il sistema è a riposo e con le sbarre alzate, in quanto come potrete notare, uno dei due poli del motore è disalimentato.

Nel momento in cui agiremo sul deviatore manuale per azionarlo (posizione sbarre giù), alimenteremo direttamente il motore sottoplancia che inizierà a ruotare da una posizione di 180 gradi verso una posizione di 0 gradi. Cioè chiuderà le sbarre del PL.

A questo punto, interverrà il microinterruttore di "marcia" che andrà posizionato in un punto corrispondente a 0 gradi e che farà intervenire il blocco "marcia/arresto" azionando il relè che fermerà il motore. Ora avremo che i due deviatori (il relè e quello manuale) saranno in posizione invertita rispetto all'ultima  figura. Il motore è fermo e noi potremo decidere quando far ripartire il sistema.

Azionando nuovamente il deviatore manuale in posizione "sbarre su", rialimenteremo il motore che continuando la sua corsa farà alzare le sbarre fino a quando la leva non ritornerà nella posizione originale di 180 gradi e azionerà il microinterruttore "arresto".

D'ora in poi tutto ritornerà nella posizione originale come raffigurato nello schema a blocchi, il motore si ferma e il sistema è pronto per un successivo riavvio. Il microinterruttore "arresto" andrà posizionato a 180 gradi rispetto alla rotazione del motore.

  • DESCRIZIONE DELLO SCHEMA ELETTRONICO del passaggio a livello

Per completare il circuito, dobbiamo aggiungere un sistema che piloti un semaforo stradale e/o, scala permettendo, le vele rotanti tipiche dei passaggi a livello in stile italiano. Inoltre, vedremo come aggiungere sulla plancia delle spie a led utili per monitorare il corretto funzionamento del dispositivo. Nella figura è rappresentato lo schema a blocchi definitivo del sistema.

Come noterete, è stato aggiunto un secondo dispositivo di marcia/arresto che utilizzeremo per il funzionamento del semaforo stradale. Tuttavia, se non desiderate dotare il vostro PL di un semaforo, potete semplicemente eliminare il dispositivo.

Nello schema, sono rappresentati i microinterruttori di fine corsa come dovrebbero essere correttamente montati e la leva del motore in posizione "sbarre su". In questa posizione di riposo, il led verde "sbarre alzate" è acceso, perché collegato al microinterruttore "arresto" che è tenuto premuto dalla leva.

Abbassando le sbarre, la leva inizia a muoversi e contemporaneamente si spegne il led verde ma si accende quello giallo "movimento sbarre", in quanto riceve la stessa alimentazione del motore. Una volta che l'abbassamento è completato, il led giallo si spegne e si accende quello rosso che è collegato al microinterruttore di fine corsa.

Riassumendo, avremo che i tre led, accendendosi, ci informeranno dello stato del meccanismo.

Ora non ci rimane che accendere i semafori stradali prima che le sbarre si abbassino e spegnerli dopo che le stesse siano completamente alzate.

A questo provvede il secondo dispositivo marcia/arresto collegato come nella precedente figura. Il pulsante "marcia", sarà attivato quando azioniamo il PL per abbassare le sbarre e accenderanno i due led del semaforo. Il pulsante "arresto", sarà collegato al microinterruttore  che ferma il motore dopo che le sbarre si sono rialzate e i led si spegneranno.

Motore e leva

Microinterruttori e prototipo del PL

  • SCHEMA ELETTRONICO del passaggio a livello

In figura è rappresentato lo schema elettronico necessario a controllare il funzionamento del PL: 

Il cuore di tutto il sistema è il circuito integrato CD4093. Attraverso questo componente, riusciamo a realizzare due efficaci dispositivi di marcia/arresto rappresentati in figura come "IC1 A" e "IC1 B".

Osservando il disegno, possiamo notare che le uscite di questi dispositivi fanno capo ai piedini 4 di "IC1 A" e 10 di "IC1 B". Queste uscite pilotano il motore sottoplancia e i led rossi del semaforo.

Per attivare le uscite sopracitate, dobbiamo intervenire sugli ingressi come descritto sotto.

"IC1 A", ha gli ingressi di marcia/arresto rispettivamente sui piedini 6 e 1. "IC1 B" sui piedini 8 e 13.

Facciamo un esempio con "IC1A": se colleghiamo a massa il piedino 6, avremo che sulla sua uscita (piedino 4) ci sarà corrente.

Se colleghiamo a massa il piedino 1, avremo che sulla sua uscita non ci sarà corrente. Analogamente, avremo lo stesso risultato su "IC1 B" quando attiveremo i relativi ingressi. L'azionamento dei dispositivi avviene attraverso i due microinterruttori contrassegnati dall'asterisco e dal deviatore manuale che utilizzeremo per azionare il nostro PL.

Le uscite che fanno capo ai piedini 4 di "IC1A" e 10 di "IC1 B", mandano un impulso di corrente ai transistor BC 517 e che a loro volta attivano il relè e i due led rossi del semaforo.

Ora riprendiamo il tutto partendo da zero e vediamo come agisce il circuito: il PL è in condizione di riposo e ha le sbarre alzate, il microinterruttore "arresto" è tenuto premuto dalla leva del motore ed il led verde riceve corrente, quindi è acceso. Decidiamo di abbassare le sbarre, quindi azioniamo il deviatore manuale in posizione "sbarre giù". Il motore viene alimentato, la leva si muove ed il led verde si spegne perché viene rilasciato il microinterruttore "arresto"; infine il led giallo si accende segnalando che il meccanismo è in funzione.

Ricordo che il led giallo è collegato direttamente all'alimentazione del motore. Le sbarre si abbassano fino a chiudersi e la leva del motore a questo punto trova il microinterruttore "marcia" che aziona il relè che a sua volta ferma il motore.

Il led giallo si spegne e si accende il led rosso "sbarre giù" in quanto è collegato direttamente al microinterruttore "marcia".

Il due led rossi del semaforo, nel frattempo, sono stati accesi dal dispositivo marcia/arresto facente capo a "IC1 B" attraverso il deviatore manuale e rimarranno accesi fino a quando le sbarre non saranno completamente alzate. 

Il treno passa e noi contiamo i vagoni che traina... L'abbiamo fatto tutti no?!

Ok, il treno è passato e decidiamo di alzare le sbarre del PL, quindi riportiamo il deviatore manuale in posizione "sbarre su".Il motore riparte e il microinterruttore "marcia" viene rilasciato. Il led rosso si spegne e si riaccende quello giallo. Nel frattempo le sbarre si alzano. Quando la leva del motore incontra il microinterruttore "arresto", aziona nuovamente il relè ed il motore si ferma. Il led giallo si spegne e si riaccende quello verde "sbarre su". Anche i semafori stradali si spengono attraverso "IC1 B". 

CONCLUSIONI: Per la centralina di controllo del PL è richiesta una minima esperienza sulle costruzioni elettroniche. Se ve la sentite, potete realizzarla utilizzando una basetta "millefori" sperimentale prestando molta attenzione al montaggio dei componenti polarizzati. In alternativa, posso fornire assistenza a chi lo volesse contattandomi all'e-mail riportata sotto. 

Per informazioni, suggerimenti o critiche: Edgardo Rosatti eduz64@alice.it