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Immagina di essere uno scoiattolo e stai osservando con piacere come il treno cambia binario. Sfortunatamente, una parte dello scambio ferroviario è allentata. Qual è l’impatto di ciò?
Quando questi binari flessibili sono posizionati in questo modo, le ruote del treno seguono naturalmente questo percorso. Ma una volta raggiunto il bivio—riesci a notare il grande problema? Hai una soluzione progettuale per questo problema?
Per risolvere questa affascinante sfida, dobbiamo prima rimuovere il bordino da una delle ruote del treno. Usiamo anche un solo binario, un binario singolo che si divide in due. Dopo aver raggiunto il bivio, in quale direzione si muoverà la ruota? Esatto—è impossibile prevederlo. Ora, aggiungiamo un bordino alla ruota. Riesci a dire in quale direzione girerà? Ovviamente—verso destra.
Se vuoi che la ruota segua il binario di sinistra, basta rendere il binario di destra un pezzo separato e piegarlo in questo modo prima che la ruota raggiunga quel punto. Questo è il concetto fondamentale alla base del cambio di binario.
Ora vediamo come funziona in pratica. Quando entrambe le coppie di binari sono presenti, il bordino è sempre sul lato interno delle ruote. La parte del binario che si piega si chiama "ago deviatoio" —un nome davvero azzeccato, vero?
Quando gli aghi sono piegati come mostrato, il treno si muoverà sul binario giallo. Ricorda, a causa della presenza del bordino, la ruota sinistra non può scorrere sul binario azzurro. Per lo stesso motivo, la rotaia blu scuro non tocca affatto il binario. Si può osservare un ampio spazio, quindi anche la ruota destra potrà seguire senza problemi il binario giallo da quel lato.
Ora pieghiamo gli aghi nel modo opposto. Questa volta appare uno spazio nella regione della rotaia arancione, e il treno passa facilmente sul binario blu proseguendo dritto. Che meccanismo semplice ed efficace!
La parte mobile degli aghi non deve essere così lunga. Puoi accorciarla facendola ruotare in questo modo. Spiegheremo i benefici di questo design più corto verso la fine del video.
Usando questo meccanismo, il cambio di binario funziona perfettamente. Tuttavia, se provi a far correre il treno su questi binari, inevitabilmente deraglierà. Il problema sta nell’incrocio.
Gli aghi si incrociano in un punto. Se il design dell’incrocio appare così, il treno colpirà la rotaia arancione e deraglierà. Allora, come possiamo risolvere questo?
Per superare questo problema, basta fornire uno spazio vicino a questo incrocio in entrambi i binari. In questo nuovo design dell’incrocio, sia che il treno stia percorrendo il binario di sinistra o di destra, le ruote attraversano il bivio senza colpire nessun binario. Quindi, in questo nuovo design, il treno può cambiare binario e anche attraversare il bivio senza alcun problema.
Ora ecco una piccola sfida progettuale per te. Osserva il movimento della ruota del treno al rallentatore mentre attraversa l’incrocio. Noterai che le ruote cadono nello spazio. Riesci a pensare a una soluzione?
Possiamo superare questo problema semplicemente aumentando la lunghezza degli aghi come mostrato. Forniranno un buon supporto alle ruote durante il movimento sopra gli spazi del binario. Il design sembra quasi perfetto ora, ma presenta un grande difetto. Per scoprirlo, abbiamo stampato in 3D in metallo l’intero meccanismo di cambio binario.
Ora facciamo scorrere la ruota lungo il binario. Ohh, l’hai notato? Il treno sta deragliando di nuovo. Guardiamolo da vicino. Cosa sta succedendo qui? Guardiamolo da un’angolazione opposta. La ruota destra dovrebbe viaggiare lungo questo binario. Ma, sfortunatamente, la ruota sta viaggiando lungo la rotaia d'ala e sta deragliando. La maggior parte dei binari utilizza un raggio maggiore per la curva. Se il binario ha un raggio basso o una deviazione elevata, la possibilità di viaggiare lungo la rotaia d'ala è minima. È chiaro da questa visuale. Questi due pezzi – le controrotaie - sono i salvatori delle ruote del treno. Le controrotaie sono posizionate con uno spazio fisso rispetto ai binari principali su entrambi i lati. Anche se la ruota tenta di viaggiare sulla rotaia d'ala, le controrotaie lo impediranno. Questo guiderà correttamente le ruote lungo il percorso previsto, e le ruote attraverseranno facilmente la traiettoria voluta. Quindi, anche ad alte velocità, il treno può cambiare percorso senza problemi.
Quando questi binari flessibili sono posizionati in questo modo, le ruote del treno seguono naturalmente questo percorso. Ma una volta raggiunto il bivio—riesci a notare il grande problema? Hai una soluzione progettuale per questo problema?
Per risolvere questa affascinante sfida, dobbiamo prima rimuovere il bordino da una delle ruote del treno. Usiamo anche un solo binario, un binario singolo che si divide in due. Dopo aver raggiunto il bivio, in quale direzione si muoverà la ruota? Esatto—è impossibile prevederlo. Ora, aggiungiamo un bordino alla ruota. Riesci a dire in quale direzione girerà? Ovviamente—verso destra.
Se vuoi che la ruota segua il binario di sinistra, basta rendere il binario di destra un pezzo separato e piegarlo in questo modo prima che la ruota raggiunga quel punto. Questo è il concetto fondamentale alla base del cambio di binario.
Ora vediamo come funziona in pratica. Quando entrambe le coppie di binari sono presenti, il bordino è sempre sul lato interno delle ruote. La parte del binario che si piega si chiama "ago deviatoio" —un nome davvero azzeccato, vero?
Quando gli aghi sono piegati come mostrato, il treno si muoverà sul binario giallo. Ricorda, a causa della presenza del bordino, la ruota sinistra non può scorrere sul binario azzurro. Per lo stesso motivo, la rotaia blu scuro non tocca affatto il binario. Si può osservare un ampio spazio, quindi anche la ruota destra potrà seguire senza problemi il binario giallo da quel lato.
Ora pieghiamo gli aghi nel modo opposto. Questa volta appare uno spazio nella regione della rotaia arancione, e il treno passa facilmente sul binario blu proseguendo dritto. Che meccanismo semplice ed efficace!
La parte mobile degli aghi non deve essere così lunga. Puoi accorciarla facendola ruotare in questo modo. Spiegheremo i benefici di questo design più corto verso la fine del video.
Usando questo meccanismo, il cambio di binario funziona perfettamente. Tuttavia, se provi a far correre il treno su questi binari, inevitabilmente deraglierà. Il problema sta nell’incrocio.
Gli aghi si incrociano in un punto. Se il design dell’incrocio appare così, il treno colpirà la rotaia arancione e deraglierà. Allora, come possiamo risolvere questo?
Per superare questo problema, basta fornire uno spazio vicino a questo incrocio in entrambi i binari. In questo nuovo design dell’incrocio, sia che il treno stia percorrendo il binario di sinistra o di destra, le ruote attraversano il bivio senza colpire nessun binario. Quindi, in questo nuovo design, il treno può cambiare binario e anche attraversare il bivio senza alcun problema.
Ora ecco una piccola sfida progettuale per te. Osserva il movimento della ruota del treno al rallentatore mentre attraversa l’incrocio. Noterai che le ruote cadono nello spazio. Riesci a pensare a una soluzione?
Possiamo superare questo problema semplicemente aumentando la lunghezza degli aghi come mostrato. Forniranno un buon supporto alle ruote durante il movimento sopra gli spazi del binario. Il design sembra quasi perfetto ora, ma presenta un grande difetto. Per scoprirlo, abbiamo stampato in 3D in metallo l’intero meccanismo di cambio binario.
Ora facciamo scorrere la ruota lungo il binario. Ohh, l’hai notato? Il treno sta deragliando di nuovo. Guardiamolo da vicino. Cosa sta succedendo qui? Guardiamolo da un’angolazione opposta. La ruota destra dovrebbe viaggiare lungo questo binario. Ma, sfortunatamente, la ruota sta viaggiando lungo la rotaia d'ala e sta deragliando. La maggior parte dei binari utilizza un raggio maggiore per la curva. Se il binario ha un raggio basso o una deviazione elevata, la possibilità di viaggiare lungo la rotaia d'ala è minima. È chiaro da questa visuale. Questi due pezzi – le controrotaie - sono i salvatori delle ruote del treno. Le controrotaie sono posizionate con uno spazio fisso rispetto ai binari principali su entrambi i lati. Anche se la ruota tenta di viaggiare sulla rotaia d'ala, le controrotaie lo impediranno. Questo guiderà correttamente le ruote lungo il percorso previsto, e le ruote attraverseranno facilmente la traiettoria voluta. Quindi, anche ad alte velocità, il treno può cambiare percorso senza problemi.
In questo modello stampato in 3D, gli aghi deviatoi sono flessibili. Godiamoci il design di un perfetto meccanismo di scambio ferroviario usando questo modello.
Ora comprendiamo l’importanza di un ago più corto. Questo è, in realtà, considerato un’ottimizzazione del design.
Dove pensi che si verifichi lo stress massimo nelle rotaie deviatoie? È alla punta dello scambio e al cuore dell’incrocio. Queste parti si usurano più rapidamente e vengono sostituite più spesso rispetto ai binari principali.
Ecco perché l’ago è diviso in due parti. Quando il binario di scambio si usura, devi sostituire solo quella sezione—riducendo sprechi di acciaio e costi.
Gli aghi deviatoi sono azionati insieme tramite un’asta di manovra. Tempo fa, questa asta veniva controllata manualmente da un operatore chiamato " deviazionista". Forse hai visto questa simpatica macchina nei film. Oggi, un dispositivo intelligente chiamato "motore di scambio", che è un dispositivo elettromeccanico, svolge questo compito. È una macchina piuttosto potente.
Puoi vedere molte aste collegate a questa macchina ed essa ha molti contatti elettrici e ingranaggi. Di queste 5 aste, una è l’asta di manovra. Supponiamo che questa sia la posizione attuale degli aghi. Se il capostazione vuole spostarle nella direzione opposta, quel segnale verrà ricevuto dal motore elettrico che inizierà a ruotare. La coppia del motore viene moltiplicata da questi ingranaggi e alla fine l’asta di manovra si muove. Quando gli aghi toccano i binari opposti, con l’aiuto delle aste indicatrici, il capostazione riceve un segnale che gli aghi deviatoi sono nella posizione richiesta. Insieme a ciò, hai notato questi contatti elettrici che si chiudono. Quando ciò accade, le ultime due aste—le aste di bloccaggio—si bloccano automaticamente. Lo scopo è che, quando il treno attraversa il bivio, non vogliamo alcun movimento negli aghi deviatoi. Con l’aiuto di queste due aste, che si bloccano automaticamente non appena la rotaia raggiunge l’altro estremo, possiamo facilmente garantire ciò.
Ora è il momento di aggiungere più complessità e divertimento agli scambi ferroviari. Come puoi progettare uno scambio a tre vie? - uno scambio ferroviario che possa guidare il treno verso uno qualsiasi dei tre binari.
Qui ovviamente devi introdurre un altro motore di scambio. Ma dato che ormai comprendi il concetto base dello scambio, queste animazioni renderanno facile afferrare come il treno passi da un binario all’altro tra i tre.
Una delle innovazioni più affascinanti nello scambio ferroviario è lo scambio a doppia intersezione (double slip switch). Qui la sfida progettuale è che il treno A dovrebbe avere l’opzione di viaggiare su due binari, e anche il treno B dovrebbe avere la stessa possibilità. Servono due motori di scambio per il design DSS. Con l’aiuto di un collegamento semplificato dei motori di scambio, il modo in cui il DSS realizza tutti e quattro questi scenari è illustrato qui.
La lubrificazione di routine dei punti di scambio, delle aste e delle parti mobili è fondamentale per un funzionamento fluido dello scambio ferroviario. Si deve anche garantire che ci sia un contatto stretto tra il punto di scambio e il binario fisso.
Finora, quando abbiamo imparato sul cambio binario, ci siamo concentrati solo su alcune coppie di ruote. Ma è davvero affascinante osservare come si comporta un intero treno con più vagoni durante il cambio di binario.
Partendo da un semplice scambio ferroviario, abbiamo compreso il funzionamento del DSS in questo video. Tuttavia, se attivi ulteriormente la logica dell’ingegnere ferroviario che è in te, puoi persino progettare una rete di scambi complessa come questa.
Spero che tu abbia davvero apprezzato l’esperimento con le stampe 3D in metallo. Sono rimasto davvero colpito dalla precisione di questi componenti in metallo. Stammi bene, ciao ciao.
Ora comprendiamo l’importanza di un ago più corto. Questo è, in realtà, considerato un’ottimizzazione del design.
Dove pensi che si verifichi lo stress massimo nelle rotaie deviatoie? È alla punta dello scambio e al cuore dell’incrocio. Queste parti si usurano più rapidamente e vengono sostituite più spesso rispetto ai binari principali.
Ecco perché l’ago è diviso in due parti. Quando il binario di scambio si usura, devi sostituire solo quella sezione—riducendo sprechi di acciaio e costi.
Gli aghi deviatoi sono azionati insieme tramite un’asta di manovra. Tempo fa, questa asta veniva controllata manualmente da un operatore chiamato " deviazionista". Forse hai visto questa simpatica macchina nei film. Oggi, un dispositivo intelligente chiamato "motore di scambio", che è un dispositivo elettromeccanico, svolge questo compito. È una macchina piuttosto potente.
Puoi vedere molte aste collegate a questa macchina ed essa ha molti contatti elettrici e ingranaggi. Di queste 5 aste, una è l’asta di manovra. Supponiamo che questa sia la posizione attuale degli aghi. Se il capostazione vuole spostarle nella direzione opposta, quel segnale verrà ricevuto dal motore elettrico che inizierà a ruotare. La coppia del motore viene moltiplicata da questi ingranaggi e alla fine l’asta di manovra si muove. Quando gli aghi toccano i binari opposti, con l’aiuto delle aste indicatrici, il capostazione riceve un segnale che gli aghi deviatoi sono nella posizione richiesta. Insieme a ciò, hai notato questi contatti elettrici che si chiudono. Quando ciò accade, le ultime due aste—le aste di bloccaggio—si bloccano automaticamente. Lo scopo è che, quando il treno attraversa il bivio, non vogliamo alcun movimento negli aghi deviatoi. Con l’aiuto di queste due aste, che si bloccano automaticamente non appena la rotaia raggiunge l’altro estremo, possiamo facilmente garantire ciò.
Ora è il momento di aggiungere più complessità e divertimento agli scambi ferroviari. Come puoi progettare uno scambio a tre vie? - uno scambio ferroviario che possa guidare il treno verso uno qualsiasi dei tre binari.
Qui ovviamente devi introdurre un altro motore di scambio. Ma dato che ormai comprendi il concetto base dello scambio, queste animazioni renderanno facile afferrare come il treno passi da un binario all’altro tra i tre.
Una delle innovazioni più affascinanti nello scambio ferroviario è lo scambio a doppia intersezione (double slip switch). Qui la sfida progettuale è che il treno A dovrebbe avere l’opzione di viaggiare su due binari, e anche il treno B dovrebbe avere la stessa possibilità. Servono due motori di scambio per il design DSS. Con l’aiuto di un collegamento semplificato dei motori di scambio, il modo in cui il DSS realizza tutti e quattro questi scenari è illustrato qui.
La lubrificazione di routine dei punti di scambio, delle aste e delle parti mobili è fondamentale per un funzionamento fluido dello scambio ferroviario. Si deve anche garantire che ci sia un contatto stretto tra il punto di scambio e il binario fisso.
Finora, quando abbiamo imparato sul cambio binario, ci siamo concentrati solo su alcune coppie di ruote. Ma è davvero affascinante osservare come si comporta un intero treno con più vagoni durante il cambio di binario.
Partendo da un semplice scambio ferroviario, abbiamo compreso il funzionamento del DSS in questo video. Tuttavia, se attivi ulteriormente la logica dell’ingegnere ferroviario che è in te, puoi persino progettare una rete di scambi complessa come questa.
Spero che tu abbia davvero apprezzato l’esperimento con le stampe 3D in metallo. Sono rimasto davvero colpito dalla precisione di questi componenti in metallo. Stammi bene, ciao ciao.