Priechodzí modul 2

Prvá verzia bola interne konzultovaná len v bratislavskom klube, preto má tento článok číslo 2. Prosím si akékoľvek názory, chyby a pripomienky k navrhovanému riešeniu, lebo je možné, že ste s podobným zariadením prišli do styku, ste ho možno už aj sami riešili alebo vám len niečo užitočné napadne.

Asi najdôležitejšou požiadavkou na takéto zariadenie je bezpečnosť vlakov, aby bola úplne eliminovaná možnosť pádu lokomotív a vagónov na zem. Ďalšou dôležitou podmienkou je mechanická stabilita, pretože akékoľvek rozpojenie zvýši nestabilitu moduliska. Pri spájaní trate je potrebný vodiaci mechanizmus, ktorý aj pri malom posunutí či vyosení pohyblivej časti voči pevnej trati, koľaje usmerní a spojí dostatočne presne a bez poškodenia trate. Tieto i ďalšie požiadavky na priechodzí modul som upresnil a riešil nasledovne.

Rozmery

Optimálna šírka priechodu vyzerá niekde medzi 60-70 cm. Väčšia šírka prechodu by už natiahla rozmer celého priechodzieho modulu na príliš veľký, pretože po okrajoch priechodu sú ešte potrebné pomocné úseky kvôli konštrukčným a ochranným požiadavkám. Príliš úzky priechod zase vyžaduje opatrné prechádzanie, aby sme o niečo nezavadili a to sa nie vždy dá dodržať. Nepozorné prechádzanie znamená otrasy moduliska a to nepotrebujeme.

Mechanizmus

Do úvahy pripadalo viacero možností mechanizmu rozpájania. Pohyblivá časť by sa mala odsúvať alebo odklápať, iný spôsob odstraňovania časti trasy som nenašiel. Odsúvanie vyžaduje pomerne presné „koľajničky“ v smere kolmom na trať a skutočný priechod to potom nevyrieši. Takže ostáva odklápanie (do boku), sklápanie (smerom dole) a vyklápanie (smerom hore).

Odklápanie do boku má nevýhodu v tom, že vyžaduje relatívne veľký bočný priestor (žltý) na odklápanú časť a toto obmedzuje flexibilitu umiestnenia. Okrem toho posúva ťažisko mimo osi trate, čím znižuje stabilitu. Samozrejme, tá závisí od pomeru hmotnosti odklápanej časti (tmavohnedá) k základu (hnedé drevo, prípadne susedné moduly zelenodrevené), preto pri tomto riešení by mala byť odklápaná časť veľmi ľahká, pomohlo by to aj pántu. Bude tu treba riešiť zaistenie odklopnej časti v prejazdnej polohe, pretože na rozdiel od výklopného riešenia nám tu gravitácia nepomôže. Z hľadiska rozoberateľnosti je to však celkom jednoduché, pánt by bol mohol byť klasický dverový a odklopná časť by sa len nasadila na dva pánty pod sebou ako dvere doma.

Sklopný mechanizmus smerom dole má hlavnú výhodu v tom, že os otáčania nemusí byť nad temenom koľajnice a je skrytá, v spodnej časti môže byť menej nápadné sklopné kovanie

kompenzujúce hmotnosť odklopnej časti, sklopenie ide urobiť aj „lakťom“. Z diaľky nemusíme sklopenú trať zbadať, čo je nevýhoda pre obsluhu vlakov. Nevýhoda je aj možnosť poškodenia trate sklopeného povrchu pri prechádzaní a nutnosť zaistiť sklápanú časť proti sklopeniu počas prejazdného stavu.

Výklopný mechanizmus má zase nevýhodu v nutnosti osi otáčania nad temenom koľajnice alebo presnejšie nad maximálnou výškou okolitej krajiny, čiže mechanizmus bude asi viditeľný. Táto viditeľnosť je síce nevhodná pre modelovosť, ale je zase vhodná aj pre neznalú obsluhu, lebo mechanizmus je zjavný. Vyklopenú trať je vidieť výrazne už zďaleka, čo je pre výhodné pre fírov a výhodné je aj to, že zaistenie v prejazdnom stave zabezpečí gravitácia. Tento spôsob je najviac podobný skutočnosti, najmä ak by išlo o sklápací most s dvoma ramenami.

Jednorukosť

Zariadenie musí byť ovládateľné pre prechádzajúcu osobu jednou rukou. Je to praktická požiadavka, lebo stále niečo nosíme. Poistným zámkom bude elektromagnet ovládaný automaticky pri prejazde vlakom, rýchlosť pohybu sklopnej/výklopnej časti je tlmená vhodným tlmičom. Jednorukosť je docielená tým, že netreba nič iné urobiť, len uchopiť madlo pohyblivej časti, pohnúť ju a po prejdení na druhú stranu ju vrátiť späť. Zaistenie v prejazdnej polohe by mohla zaisťovať gravitácia, vhodne dimenzovaný magnet alebo krajná poloha mechanizmu (plynový tlmič, mechanizmus kovania).

Mechanická stabilita

Spojené moduly majú výrazne vyššiu stabilitu než samostatné, nestabilita je priamo úmerná výške koľaje nad zemou, presnejšie umiestneniu ťažiska a aj jeho pohybu pri rozpájaní a pripájaní. Rozpojenie nestabilitu moduliska viac alebo menej zvýši. Navrhované riešenie by malo zabezpečiť čo najmenšiu pohyblivosť priľahlých modulov aj pri rozpojenej trati v pozdĺžnom (zmena dĺžky rozpojeného modulu) i priečnom smere (vyosenie rozpojeného modulu) a nemalo by sa spoliehať len na okolité moduly. S touto požiadavkou je asi v rozpore aj jednoduchá skladateľnosť zariadenia. Nie je reálne očakávať rovnakú stabilitu ako pri trvale spojených moduloch s kvalitnými nohami, ale bola by fajn.

Nášľapnú časť, po ktorej sa chodí, som navrhol mechanicky úplne nezávislú. Všade nie je rovná podlaha a otrasy chôdze by sa zbytočne prenášali na moduly. Nášľapný diel je teda samostatný kus so spodným priestorom na ťahanie káblov a zvyšné mechanické prepojenia. Zospodu môžu byť nalepené gumené alebo plstené nábytkové podložky.

 

Spodné mechanické prepojenie udržiava pásovina, ktorá vymedzuje vzdialenosť zvislých plných dielov a upevnením o plné steny sa podieľa aj na stabilite zariadenie v priečnom smere (kolmom na trať).

 

Zvislé plné steny budú mať klasické nastaviteľné nožičky (ľavý obrázok), pretože vodorovnosť trate priechodzieho a susediacich modulov musí byť čo najpresnejšia. Kvôli otrasom pri prechádzaní je vhodné medzi stenami a spodnou nášľapnou doskou ponechať medzeru 5-10 mm (pravý obrázok) alebo ju ešte vyplniť pružným či gumeným tesnením.

Otázne je, či dostatočnú stabilitu rozpojeného modulu zabezpečia klasické nohy susediacich modulov alebo či je potrebné komplikovanejšie riešenie nielen v pozdĺžnom smere, ale aj v smere kolmo na trať.

Ochrany (alebo blbovzdornosť)

Aby vlak alebo vagónik nespadli na zem počas manipulácie s pohyblivou časťou priechodzieho modulu, je potrebné splniť nasledovné podmienky:

1. rozpojenie nesmie byť možné v stave, ak je na rozpájanom úseku čo i len jeden zabudnutý alebo odpojený vagónik
2. na rozpojený úsek nesmie nič vojsť
3. zariadenie aj tesne po zapnutí napájania má vedieť spoľahlivo určiť, či sa na rozpájanej trase niečo zabudnuté už nenachádza
4. zariadenie by malo byť bezpečné aj v stave bez napájania. Takže prvoplánová idea je tá, že trasa by mala byť vtedy pre istotu prejazdná pre vlak a zamknutá proti rozpojeniu. Na druhej strane, ak nemáme napájanie, môže ísť vlak? Môže. Lebo niekto mi rozpojí predlžovačku na logiku priechodzieho modulu, ale DCC v koľajach pôjde a ak práve vtedy niekto iný modul rozpojí, tak sa vlak ocitne na zemi. Takže sa treba zamyslieť aj nad takou možnosťou, že pri rozpojenej trati musím zabrániť príchodu vlaku aj bez elektriky (mechanicky), ale zároveň počas montáže moduliska by malo byť možné trasu odklopiť ešte bez napájania.

 

1. Akákoľvek elektrická identifikácia obsadenosti (úbytok na napájaní koľají, prúdový transformátor atď.) závisí na odpore medzi nápravami a keďže nie je možné predpokladať, že všetky vagóny ju majú, je nepoužiteľná. Optická identifikácia sa dá urobiť dvoma základnými spôsobmi. Jedným je kontrola, či z rozpájaného úseku odišlo všetko, čo tam aj vošlo. To sa dá urobiť počítaním prerušení lúča fotobunky v smere kolmo na smer jazdy a identifikáciou smeru vlaku. Chcelo by to kvôli identifikácii smeru 4 fotobunky, bez jednočipáku by to bolo komplikované, ale zásadná chyba je ešte v neschopnosti zariadenia správne vyhodnotiť situáciu po zapnutí napájania, čiže nespĺňa to podmienku číslo 3. Takže ako je vidieť na nasledovnom obrázku, rozhodol som sa urobiť zákruty pred rozpájaným úsekom a za ním a fotobunkou snímať obsadenosť trasy, ale nielen tej pohyblivej strednej hnedej, ale aj priľahlých úsekov kvôli tomu, aby nebolo možné koľaj odklopiť tesne pred príjazdom rozbehnutého vlaku, ktorý by už nemusel stihnúť zastaviť. Celé zariadenie sa výsledne skladá z troch segmentov – dva oblúky s fotobunkami a jeden rovný segment obsahujúci pohyblivú (hnedú) časť.
   
   Na obrázku je situácia nakreslená pre moduly 1250mm/30°, vtedy pri šírke vlaku 2cm vychádza chránený úsek na len niečo nad 23 cm, čo na zastavenie vlaku nie je veľa, takže vhodnejšie sú moduly s väčším polomerom alebo použiť viacero fotobunkových párov. V skutočnosti sú vlaky širšie, čiže chránený priestor je väčší. Fotobunky kvôli odolnosti voči okolitému svetlu a potenciálnemu rušeniu budú používať signál určitej frekvencie, ich vzdialenosť je relatívne veľká. Akonáhle fotobunka zaregistruje objekt na sledovanom úseku, vysunie sa elektromagnetická poistka vyklopenia modulu. Vyklopenie bude možné až po odídení posledného vagónika.
2. Zabránenie vjazdu vlaku na rozpájaný úsek sa dá urobiť dvoma spôsobmi:
   a. elektricky – odpojením dostatočne dlhého úseku pred rozpájaným úsekom, aby vlak spoľahlivo zastavil aj pri dlhej brzdnej dráhe
   b. mechanicky – aby aj v prípade cúvania/postrku alebo veľkej zotrvačnosti odpojeného vagónika sa na trať nič nedostalo.

a. Elektrické odpojenie je zabezpečené pripojením koľají (Railsync, X1) cez relé. Ideálne z hľadiska reálnosti prevádzky by tesne pred priechodzím modulom mohol byť ešte návestný modul, to ale si už bude riešiť autor layoutu. Ak je pred priechodzím modulom stanica, nepredpokladá sa vysoká rýchlosť vlaku. Ale ak je pred ním traťový modul, je možné pripojiť tento traťový modul už do elektriky priechodzieho modulu, aby logika v rozpojenom stave vypla aj traťový modul, a preto vlak zastal z bezpečnostných dôvodov o jeden modul skôr. Toto by som odporúčal napríklad vtedy, ak máme menej zodpovedných fírov a priechodzí modul bude susediť s ostrými oblúkmi s profilom N na vonkajšej strane, kde sa nárazom môže ľahší vagón vykoľajiť a po skotúľaní sa po svahu skončiť aj na zemi.

b. Bez ohľadu na elektrickú ochranu som zariadenie doplnil aj čisto mechanickou zábranou pre prípad, že by sa na rozpájanú trať niečo dostalo aj „neelektrickou“ cestou, čiže postrkom alebo zotrvačnosťou. Toto je však už len naozaj núdzové riešenie na zabránenie pádu na zem. Aby nebola zábrana príliš rušivá a nebol problém so závislosťou mechanických zábran a lúča fotobuniek, je zábrana z priehľadného plexiskla. Pohon bol pôvodne plánovaný motorčekom alebo servom. Mechanická zábrana bude plexisklový kváder vysunutý z priestoru medzi koľajami. Keďže zábrany sa vysúvajú len vtedy, ak je modul odklopiteľný a teda koľaj pomocou fotobuniek je identifikovaná ako voľná, nemôže dôjsť k situácii, že vysúvanie zábrany vlak nadvihne. Ak sa vlak pri náraze na zábranu vykoľají, na RR rozhraní nemôže spadnúť na zem a poškodenie po náraze do zábrany bude stále menšie, než keby padol na zem pri odklopenom strednom dieli. Kvôli výnimke počas montáže moduliska v štvrtej požiadavke je však vhodnejšie urobiť zábrany kompletne mechanické a vysúvali by sa v závislosti od polohy stredového dielu.

Elektrická časť zariadenia poskytuje pre užívateľa tieto voliteľne využiteľné signály:

• napájanie svetla/zvukového signálu alebo návestidiel atď. počas rozpojenia
• bežné normované banánikové kontakty pre rozšírenie počtu vypínaných susedných modulov
• voľné spínacie i rozpínacie kontakty relé, ktoré si každý môže využiť doplnkovú indikáciu alebo ďalšiu automatizáciu.

Z praktického hľadiska je zariadenie doplnené ešte aj LED indikáciou jednotlivých stavov.

Výsledná funkcia zariadenia

Ak chceme trať rozpojiť počas vlaku prítomného už na priechodzom module medzi fotobunkami, tak to nepôjde, pretože elektromagnetický zámok zaisťujúci výklopnú časť v prejazdnej polohe je vtedy vysunutý. Vtedy je aj napájanie trate normálne, aby vlak mohol prechádzať. Semafor pre chodcov je počas stavu prejazdného pre vlak červený. Ak vlak odíde z dohľadu fotobuniek, zámok sa odomkne, rozsvieti sa zelená na semafore a mechanické rozpojenie trate je možné. V okamihu mechanického rozpojenia trate sa kontrolným kontaktom prepnú relátka pre kompletné odpojenie napájania trate, zapnú sa relátka pre prípadné užívateľské návestidlá a dodatočnú výstrahu, zároveň sa vysunú mechanické zábrany. Tento stav trvá až do mechanického vrátenia rozpájanej trate do normálnej prejazdnej polohy a zopnutia kontrolného kontaktu. Vtedy sa relátka vrátia do normálu tiež a trať je opäť prejazdná. V prípade identifikácie vlaku na trati fotobunkou sa aktivuje elektromagnetický zámok, semafor sa zmení na červenú a zámok ostáva uzamknutý až do okamihu opustenia trate vlakom.

Zariadenie by mohlo vyzerať zhruba nasledovne:

 

Výklopná stredná časť (zobrazená ako priesvitná) sa nachádza na ľavom predchádzajúcom obrázku v prejazdnom stave, vpravo je rozpojený stav. K priechodziemu modulu sú pripojené dva oblúky.

Detail robustných pántov je na nasledovnom obrázku. Robustnosť je potrebná kvôli namáhaniu aj v priečnom smere a pánty budú rozoberacie kvôli transportu. Takéto bočné pánty mimo povrch modulu nekomplikujú stavbu krajiny, ktorej by klasický pánt na povrchu v blízkosti koľají zavadzal. Na obrázku je medzi koľajami vidieť aj vysunutú mechanickú zábranu v tvare obdĺžnikového hranola, hoci v prejazdnom stave je normálne pod úrovňou koľají schovaná.

Na nasledovnom obrázku je detail pántov z iného uhla pri odklopenej časti v neprejazdnom stave...

 ...a tu je detail protiľahlej strany. Ružovo je znázornený kolík, ktorý po zatlačení zasúva plexisklovú mechanickú zábranu pod úroveň koľají a zároveň mikrospínačom indikuje polohu vyklopnej časti v prejazdnej polohe. Mechanická zábrana na pántovej strane kopíruje polohu mechanickej zábrany z tohoto „brehu“ a prenos pohybu medzi nimi je cez dlhý bowden popod nášľapnú časť.

Pri nasledovnom bočnom pohľade je vidieť skosenie pohyblivého priesvitného dielu, aby sa pri vyklápaní neodieral o drevenú zvislú pevnú stenu, postupné odklápanie skoseného dielu je znázornené na pravom obrázku. Je zrejmé, že neodieranie nastane pri určitom minimálnom skosení, ktoré závisí od hrúbky odklopnej časti a vzdialenosti od osi otáčania, inými slovami kružnica opísovaná spodným bodom odklopného dielu môže mať najviac jeden spoločný bod so skosením pevného dielu.

 

Otvor s kolíkom v zelenej časti a spodná časť výklopného dielu majú tvar lichobežníkového hranola a tento tvar má oba diely spojiť v správnej polohe aj v prípade vyosenia alebo iného vzájomného posunu týchto dielov.

Na ďalšom obrázku je detail otvoru s kolíkom v prejazdnom stave, čiže ružový kolík je zatlačený na rozdiel od predchádzajúceho obrázku úplne dole, ale zároveň je vysunutý fialový elektromagnet, ktorý lichobežníkový hranol z výklopného dielu upevní. Elektromagnet nesmie narážať do kolíka, kolík je mierne vyosený. Za normálnych okolností nie sú oba vysunuté, ale nemôžu do seba narážať.

Pohľad do vnútorností zelenej opornej časti ukazuje princíp...

...páky na zvýšenie zdvihu ružového kolíka a tým pádom ovládanie mechanických zábran. Tento kolík stláča proti pružine žltý pevný plech otočný okolo modrej osky. V krajnej polohe pri stlačení ružového kolíka úplne nadol, žltý plech potlačí červený kontakt na bielom mikrospínači. Oranžový valec reprezentuje bowden smerujúci dole (budú dva vedľa seba), tento prenáša pohyb na mechanické zábrany. Zdvih bowdenu oproti zdvihu ružového kolíka je úmerný podielu vzdialenosti modrá oska-bowden voči modrá oska-ružový kolík. Toto zvyšovanie zdvihu je na úkor sily zatlačenia ružového kolíka. Kolík je zatlačený pomerne veľkou silou a malým zdvihom, bowdenu pre protiľahlý breh stačí už menšia sila, ale väčší zdvih kompenzuje vôľu bowdenu, aby bol zdvih mechanickej zábrany protiľahlého brehu dostatočný.

Elektronika

Schéma logiky je jednoduchá. Obsahuje dva takmer nezávislé obvody. Prvý vyhodnocuje stav pohyblivej odklopnej časti a podľa toho spína DCC napájanie koľají a pomocných kontaktov. Druhý obvod sleduje fotobunkou prítomnosť vlaku na trati a podľa toho ovláda poistný elektromagnet. Prvý obvod je spúšťaný mikrospínačom závislým od toho, či je pohyblivá časť v prejazdnej polohe alebo nie. Ak je v prejazdnej polohe, tak sú napájané koľaje a aj susedné úseky a pre prípadnú ďalšiu automatizáciu sú kontrolný a varovný signál v stave rozpojenom (alebo 0V). Ak je mikrospínač rozopnutý, koľaje napájané nie sú, kontrolné a varovné kontakty sú zopnuté (alebo 12V). V tomto stave nie je ani napájaná fotobunka. Druhý obvod obsahuje fotobunku a tá priamo ovláda poistný elektromagnet, ktorý zaistí modul v prejazdnej polohe v prípade zaclonenia.

Okrem popisovaných funkcií celé zriadenie poskytuje indikáciu aktuálneho stavu pomocou LEDiek a je možné ho „natvrdo“ prestaviť trojpolohovým prepínačom do režimov:

• automatika (podľa popisu vyššie)
• trvale rozpojený (žiaden prejazd vlakom bez ohľadu na mechanickú polohu rozpojovacej časti)
• trvale prejazdný (trať nie je možné rozpojiť)

Predpokladám, že v prípade uzamknutého priechodu kvôli prechádzajúcemu vlaku počas červenej na semafore nezačne osoba sklopnú časť násilne mykať, voči takejto možnosti zariadenie veľmi odolné byť nemôže. Zámkový elektromagnet sa nachádza v osi trate, tesne pod koľajami, aby aj pri pokuse trať odklopiť počas prejazdu vlaku sa vzájomne minimálne pohol styk koľají. Normálne použitie však predpokladá, že človek začne rozpájať trať len v stave, keď tam nie je blížiaci sa vlak, celá automatika s elektromagnetom, relátkami a indikáciami je len na zabránenie problému v prípade nepozornosti buď fírov alebo „chodcov“ prechádzajúcich peši cez modulisko.

Variabilita

Aby pomerne dlhé zariadenie nemuselo byť výrazne obmedzujúce pre návrh layoutu, zapracoval som aj variabilitu. Zariadenie obsahuje totiž okrem rovnej rozpájacej časti ešte dva oblúky, tak prečo ich neurobiť zameniteľné. Takto je možné urobiť podľa potreby z celej zostavy buď oblúk (v hornej časti nasledovného obrázku) alebo esíčko s vyosením trate (dole).

Potom aspoň jeden z oblúkov musí mať dve fotobunky a normované čelo na oboch stranách. A keď jeden z oblúkov musí mať obe normované čelá, tak prečo nepostaviť oba oblúkové moduly úplne štandardným postupom. Potom sa môžu použiť v layoute aj samostatne bez priechodzieho dielu. Ich jedinou odlišnosťou od bežných modulov je existencia fotobuniek, maskovaných terénom alebo budovami alebo inými traťovými objektami.