PLACA GIRATORIA

Una pequeña placa giratoria sustituye al sector que hasta hace poco he tenido instalado junto al almacén de depósito. El motivo es la ubicación en un futuro y en las proximidades de una industria cervecera…¿y qué mejor que dotarla de una vía de acceso, que además daría lugar a unas interesantes maniobras?…

El modelo parte de las pequeñas placas que había en apartaderos de estaciones o instalaciones industriales que permitían sacar un vagón de las vías comunes, girarlo y llevarlo a otro sitio normalmente una fábrica. Suelen ser muy pequeñas y por lo general su diámetro excede ligeramente la  distancia entre ejes que suelen tener los vagones que se colocan sobre ella y tanto este como aquella se mueven a mano. En sentido estricto una placa que reproduzca exactamente esto es bastante fácil de hacer. Pero no me gusta la idea de colocar en la maqueta algo que implica “meter el dedo” para mover otra cosa.

PLANTEAMIENTO

– una pequeña placa giratoria dotada de motor con giro en ambos sentidos. No es necesario que gire 360º.

– salidas a dos vías de aparcamiento situadas junto al almacén de depósito y a la vía de la cervecera: uso de la placa como aguja y distribuidor.

– uso como puente encubierto: ¿hay algo que impida que una instalación de estas pueda girar 180º una locomotora?

– colocación de un dispositivo desacoplador que permite separar un vagón enganchado a una locomotora para girarlo y que luego sea recogido por otra. Esta opción es la que más se aparta de lo normal porque implica sobre todo un aumento del diámetro de la placa. Es también lo que añade más complejidad a la construcción porque implica un importante aumento en el grosor del dispositivo. Naturalmente también requiere llevar la alimentación hasta él.

– de las dos vías, sólo la que lleva el desacopplador es operativa (alimentada).

REQUISITOS

– motor: la opción aparentemente más cómoda es usar un motor PAP… pero esto requiere cambiar todo el sistema que he recuperado al desmantelar el sector, exigiendo un diseño completamente nuevo de todo, y tiene el inconveniente de que se requiere saber programar  el dispositivo que le  acompaña para su control. Es decir que habría que buscar ambos y adquirirlos. En definitiva desechar todo lo que tengo hasta ahora.

– sistema de parada automático: se debe poder seleccionar la vía de parada que se quiere y el dispositivo debe ejecutar la orden sin desviaciones ni errores.

– uso de un solenoide Cebek C-6092 que es el que utilizo a modo de estándar para los desacopladores y cuya construcción puede verse aquí.

– cambio automático de la polaridad de la vía antes de que alcance el punto de giro 180º.

– bloqueo del giro del motor al alcanzar cualquiera de los dos topes extremos. El motor sólo podrá moverse en sentido contrario al que llegó.

– control analógico.

Alimentación de todo a 12VCC excepto el desacoplador que va a 16 VCC.

POR PARTES

La mayor dificultad de estos dispositivos no es la parte electrónica o eléctrica sino su parte mecánica. Una de las claves de estos montajes es usar la mayor parte de componentes disponibles que den solución a algún importante requisito.

El mayor, en mi opinión es ¿sobre qué va a girar la vía sin desviaciones?

Para solucionar este problema, en el sector usé parte de un disco duro recuperado de ordenador reducido únicamente a su buje y los dos discos de aluminio que le acompañan (el motor también está pero no es operativo). Este conjunto es, como puede suponerse de una gran precisión. He añadido un tercer disco y cambiado el anillo separador que hay entre ellos… y que proceden ambos de otro disco duro (foto de debajo a la izquierda) son muy fáciles de desmontar.

El otro elemento es el motor: en el sector tenía un motor reductor de Cebek (Ref C8050). Este conjunto es muy ruidoso al alimentarlo a 12 VCC y con su máxima desmultiplicación (4096/1). Para esta ocasión he retirado el último grupo de engranajes y reducido su voltaje de trabajo a 4VCC… el ruido es ahora muy bajo. En la parte superior del eje principal  hay un rodillo de neopreno que va a apoyarse sobre el borde de los discos y hace que estos giren  (procede de un vídeo).

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placa giratoria componentes

De la misma manera que es recomendable usar la mayor cantidad que se pueda de elementos fabricados disponibles, también es importante tener una idea de lo que se va a hacer y cómo. El tiempo que se dedique al diseño del conjunto será el mejor empleado de todos…y aún así habrá algún imprevisto que solucionar. Es importante disponer de un programa que ayude en el trazado y dimensionado de las diferentes partes, ya que permite fijar con gran precisión sus características.

Además de los componentes mencionados hay que añadir unos cuantos más para realizar todo: vía H0, plasticard de 1mm, aluminio,  madera de contrachapado y algún otro componente que iré enumerando.

Croquis general

Partes: conjunto giratorio (azul), motor (gris), conjunto portante (ocre), tablero de la maqueta (marrón).

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El conjunto giratorio (debajo):

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– en violeta el buje.

– en azul los discos de aluminio de 95mm de diámetro. Llevan un cajeado que permite insertar el desacoplador. Se puede ver que hay dos a la parte de abajo (sobre los que actúa el rodillo del motor) y uno a la parte de arriba. Están separados por un disco.

– en ocre los discos auxiliares realizados con contrachapado de 5mm.También cajeados para el desacoplador.

– en naranja y gris los dos contactos giratorios.

– coronando, la vía con el desacoplador (en rojo) que reposa sobre ella. La vía a su vez está sobre una placa de evergreen de 1mm. Todo este último conjunto es desmontable y se fija sobre los anteriores con la ayuda de tres tornillos de1,4 x 10mm por si fuese necesario realizar alguna operación.

La altura del grupo viene determinada por la necesidad de espacio del desacoplador. A su lado los dos contactos de parada. La diferenciación viene dada por que cumplen funciones  diferentes: el interior es también tope.

Conjunto portante (debajo)

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Está formado por las partes no móviles (amovibles y removibles)sobre las que asienta y gira el conjunto anterior:

– tablero soporte (ocre) amovible: se coloca alineado en altura con el tablero de la maqueta. El tablero soporte como pieza independiente de la maqueta permite ajustar cómodamente la altura de todo el dispositivo y por tanto alinear en altura la vía giratoria con la vías fijas de entrada. Una vez se han realizado los ajustes necesarios esta parte quedará anclada a la maqueta. Los tornillos van fijados a este tablero. El tablero se puede ver en la foto destacada por su cara superior. Está forrado con una capa de cartón contracolado, de ahí su aspecto.

– conjunto removible formado por la placa portante de aluminio de 2mm (rojo), con las tuercas reguladoras (azul). La placa actúa como un plano “flotante” . Se puede regular la altura con gran precisión así como su centrado. Como todo el conjunto móvil está asociado a su posición, su ajuste determina el del resto.  Sobre esta placa están los contactos de parada fijos.

La regulación en altura: en los tornillos por encima de la placa utilizo dos tuercas separadas entre sí por una arandela de tipo Grover, y por debajo de la placa  otra tuerca y otra Grover, esta última ente ambas. Fijar la posición requiere varios ajustes de estos componentes pero una vez se ha hecho, las que están por encima ya no se moverán aunque se aflojen las de debajo y se quite la placa. Esta disposición asegura que al volver a colocarla, la altura será la misma.

Contactos

La placa portante además de servir de anclaje al conjunto giratorio lleva también los contactos necesarios para ejecutar la orden de parada (amarillos y naranjas) y la de cambio de polaridad (verde). Están colocados radialmente. Son ajustables en ángulo y en altura con relación al radio del conjunto giratorio.

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Constan de una placa de C.I. con una ranura y un taladro. Un trozo de carril soldado a la placa CI. y una lengüeta de cobre de0,1mm de grueso y 10 x 4mm también soldada al carril verticalmente (de canto). Debajo de la placa de CI hay un disco de goma para el ajuste vertical de la altura de todo este conjunto. La cara de cobre de la placa está dividida para que no haya continuidad eléctrica entre el lado que lleva el carril y el resto. La flecha blanca indica la lengüeta.

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El ajuste en la posición de la lengüeta se consigue:

– radial, aflojando la tuerca del tornillo (debajo de la placa) y moviendo el brazo en la dirección de la flecha verde (moverá el conjunto en sentido de la flecha azul).

– verticalmente, aflojado o apretando más el tornillo con la ayuda de la tuerca (la pieza de goma que hay debajo se expande o se contrae).

Las dos opciones influyen en la posición final, y teniendo en cuenta que se realizan con la placa en su sitio… tiento y paciencia, y una vez ajustados… no se moverán

Al rozar el contacto giratorio la lengüeta, se produce la orden correspondiente.

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contactos giratorios

En la foto se pueden ver dos tipos de contactos giratorios:

– el del trozo de carril que actúa sobre los contactos de los extremos (en el dibujo los que están en amarillo) actúa como tope.

– el que parece un pantógrafo (cobre de 0,1 x 1,5mm de ancho). Este sólo debe rozar levemente los contactos fijos, y no actúa sobre los otros contactos de los extremos del recorrido. Si el roce es muy evidente se pierde precisión en uno de los dos sentidos de giro al llegar a la lengüeta.

Sobre los sistemas de tracción, detección y parada

El más sencillo a primera vista parece el basado en el uso de un motor PAP (paso a paso) y no parece que el método tenga demasiadas exigencias y diferencias en cuanto a construcción de la placa sobre otros métodos. Simplemente exige unos parámetros determinados. Pero su punto débil radica en la programación, no porque sea malo en sí mismo, sino porque entre los aficionados pocos saben programar el dispositivo de control que debe acompañar obligatoriamente al motor (yo no estoy entre ellos). El PAP aúna giro y parada, todo en uno… esa es su ventaja.

Desechado el PAP, una duda es dónde debe actuar el motor, si en el eje o en la periferia, como en este caso que actúa sobre el borde de dos discos. El  que va al eje puede presentar problemas de inercia, esto se soslaya atacando el perímetro de la pieza giratoria como en el actual que he construido.

Otra duda es transmisión por correa o por engranajes. Estos suelen ser ruidosos especialmente si tienen un alto valor de desmultiplicación…a no ser que el motor vaya despacio. La correa no suele ser ruidosa pero exige un motor que de por sí vaya muy lento.

Finalmente la detección y parada: hay un método basado en optoelectrónica que proporciona una suficiente precisión (+-0,1mm). Hay un interesante artículo (antiguo) en Loco Revue nos 458 y 463 que explica cómo hacerlo. Hay que adaptarlo a los componentes electrónicos disponibles actualmente.

Tanto el descrito aquí como el optoelectrónico, son muy exigentes en cuanto a ajustes y es necesario diseñar sistemas que permitan muy pequeñas variaciones de posición, preferiblemente estando la placa colocada en su sitio definitivo.

El método de esta placa giratoria

Se basa en contactos de cobre: una parte está fija en la placa portante de aluminio y la otra rota junto con todo el conjunto giratorio. La parte móvil efectúa un contacto sobre la fija, se cierra un circuito y se abre otro parando el motor. Dicho así parece complicado… pero  no lo es.

Como ya he descrito hay dos contactos fijos extremos que actúan de topes. Fácil y efectivo. Cuando el carril que viaja en el conjunto giratorio llega al contacto fijo, simplemente para por doble actuación: porque no puede seguir más allá y porque se corta la corriente al motor. El ajuste de las posiciones es muy simple.

El otro se basa en un roce extremadamente suave sobre la lengüeta fija (debajo) y aquí juega la geometría del “pantógrafo”. Se podría hacer con una lengüeta vertical pero presenta algunos inconvenientes como la relación entre rigidez y longitud  y que además tiende a deformarse. El pantógrafo por el  contrario es extremadamente elástico y no tiende a deformarse pero su geometría es crítica. Si es demasiado bajo pierde precisión, si es demasiado alto se engancha. El que se ve en la foto es una buena opción.. pero debe estar levemente inclinado para que solo toque con un borde. Si está bien ajustado la pérdida de precisión al entrar en contacto de un lado con relación al otro no es mayor de 0,2mm… suficiente para un correcto funcionamiento de la placa. En el caso de los contactos que regulan el cambio de polaridad en la vía al girar más de 160º, no es necesario tanta sutileza y el “pantógrafo” puede pasar rozando algo más.

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Y qué es mejor  ¿ajustar el dispositivo a la vía, o la posición de la vía al dispositivo? pues si se puede, evidentemente esto último.

Motor

El motor está anclado a un soporte de madera de contrachapado, que a su vez está pegado sobre una placa de DM de 5mm. Esta placa va bajo la placa de aluminio y permite ajustar con bastante precisión la presión que el rodillo del eje de tracción realiza sobre el borde de los discos. Para esta operación tiene como eje de giro el taladro indicado por el círculo, y su desplazamiento se realiza por la ranura que tiene en su prolongación la flecha blanca. El motor actúa con su rodillo sobre el borde de dos de  los discos de aluminio. (ver croquis)

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Algunas fotos.

La placa portante de aluminio con el buje en su posición (arriba a la derecha detalle ampliado de este)

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Debajo, con los discos inferiores de aluminio colocados. Tienen un cajeado que permite alojar el desacoplador.

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Con los discos de madera en los que también se puede apreciar la caja para el desacoplador. y otra caja pequeña para conexiones. No es imprescindible que estos disco sean perfectamente redondos. El disco blanco es el que lleva la vía (vista por la cara inferior en la foto)

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Arriba los dos conjuntos montados y listos para ser instalados bajo el conjunto portante amovible. A la parte derecha, en la zona delimitada en negro y sobre estos contactos he colocado una cubierta de poliéster/acetato para evitar que los hilos al girar con la placa se enreden en ellos. Como se puede ver los carriles que constituyen parte del sistema de contactos fijos sobresalen por el borde de la placa, o están junto a pasos en la placa de aluminio (círculos blancos), esto facilita el ajuste en la posición de estos contactos especialmente cuanto todo está instalado en su lugar .

Debajo detalle de las vías durante su construcción. Solo una de las vías tiene conexión eléctrica, la otra es decorativa

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Vista inferior del conjunto completo instalado en la maqueta.

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Control

En conjunto los elementos necesarios son:

– el motor, que funciona nominalmente a 12 Vcc es en este caso alimentado  en torno a 4Vcc consiguiendo así que gire mucho más lentamente. Como fuente utilizo un regulador electrónico  procedente de mi anterior maqueta.

– un selector rotatorio (conmutador) en el que indico la posición en la que quiero que se pare la vía.

– un conmutador de palanca de dos circuitos/ tres posiciones selecciona el sentido de giro. El esquema está debajo.

– los contactos descritos.

– relé/relés a 12Vcc.

Obsérvese en el esquema que la alimentación llega primero al “pantógrafo” y que el conmutador rotatorio (selector) está después.

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Descripción: la corriente pasa primero por los contactos y a continuación por el selector, cerrando el circuito de alimentación del relé que al activarse cambia los contactos…parando el  motor por falta de corriente.

Este esquema tiene un defecto: si se mueve el selector antes de cambiar el sentido de giro mediante el conmutador de palanca, el motor se activará forzando el giro en sentido equivocado.

La solución es muy simple: se intercalan sendos relés  monoestables relacionando el selector, el conmutador de palanca, el relé anterior del esquema, y el regulador . El selector está conectado en cada uno de sus contactos extremos (los que corresponden a las mismas posiciones de la placa) a cada uno de los relés (a su bobina) de manera que al producirse el contacto de parada se active el relé correspondiente abriendo el circuito de sus contactos… en consecuencia, la posibilidad de señal eléctrica quedará interrumpida, impidiendo la puesta en marcha del motor sólo en un sentido, mientras se permite la alimentación en el sentido correcto.

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Una función automatizada es el cambio de polaridad en la vía giratoria cuando se sobrepasan los 160º de giro.

Para esto se añade un relé biestable en un circuito independiente asociado a sendos contactos también alimentado todo a la corriente estándar de 12Vcc.  Conecta la vía giratoria con el bus digital.

Hay dos contactos: el primero que se encuentra el “pantógrafo” cuando procede de cualquiera de las dos vías de entrada/salida es el de reset que no actuará en absoluto en este momento, el segundo es el encargado de cambiar la polaridad de la vía `para cuando alcance la parada opuesta (180º) con relación a cualquiera de ellas. Al retornar la placa, el contacto “reset” la vía volverá a la polaridad original.

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Finalmente el desacoplador. Se alimenta a 15 Vcc pero nada en realidad impediría que se hiciese también a 12 Vcc. El circuito es independiente por completo. Para activarlo es suficiente un  pulsador.

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Esquema completo con los elementos de conexión exterior:

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Y aquí están las plantillas para realizar las placas necesarias

2 pensamientos en “PLACA GIRATORIA”

  1. Hola Jorge de nuevo, hace tiempo que te escribí para felicitarte por tu trabajo que sigue siendo magnífico. Estoy también diseñando una placa giratoria (en mi caso con indexación por fototransistor) y aún no he fabricado el prototipo. Los ensayos los he hecho sin motor, montando el emisor IR en un vagón y haciéndolo pasar por el fototransistor. Ambos elementos dejan pasar y recibir la luz por un pequeño agujero de 1mm. hecho sobre sendas placas de evergreen y montados en el borde de ambos. Luego apunto sobre la madera donde se ha producido la parada (simulada por un led). Los resultados son muy satisfactorios la verdad. Voy a usar como tu, un motor convencional que ya viene con reductora y bastante silencioso, si bien me preocupa el tema de la inercia. Apuntas que no es conveniente montar el motor en el eje del puente sino a un lado y moverlo por rozamiento. Yo había pensado incluso poner algún elemento mecánico (solenoide) que “anclara” en puente de alguna manera cuando el motor pare.

    No se como lo verás, pero la verdad es que el proyecto es apasionante. Un cordial saludo, José.

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