Úvod   Návrh   Pojezd   Karosérie   Ostatní

Pojezd

Pojezd jako takový je velmi široký pojem, proto ho rozčlením do několika částí, aby to vypadalo aspoň trochu organizovaně.

____________________________________

Rám

Rám jest základní nosná konstrukce stroje. Je poměrně složité zde popisovat obecně individuální záležitost, ale pokusím se vytknout důležité společné znaky.

Bytelnost a robustnost jsou klíčová slova tohoto tématu. Důvodem jsou deformace. Za jízdy ideálně nemělo docházet k ohýbání a jiné deformaci. Takové riziko hrozí jak při nárazech, tak ale i například na špatném traťovém svršku. 

Další postavou v této sáze je vykolejení - nepříjemná věc, ale i k němu občas dochází (obzvlášť pokud je lokomotiva provozována na mobilní dráze). 
Při vykolejení se může stroj samozřejmě poškodit. Proto je důležité při návrhu na to pomyslet a zranitelná místa vyztužit, či chránit. 

Zajímavým vynálezem jsou ochranné lišty, po kterých se lokomotiva při vykolejení sklouzne a nedojde k deformaci jemných dílů nebo se lokomotiva "nezakousne" do pražců (patrné jsou na čelech parních lokomotiv). V takovém případě dochází kinetickou energií soupravy k převrácení vozidla. Tento jev vzniká hlavně u dvounápravových lokomotiv, které mají tendenci si při vykolejení "lehat na bok".

Ale zpět tedy ke konstrukci rámu. Ocel umí být velmi pružná potvora. Někdy je to výhodou, někdy nevýhodou. Záleží, jaké okolnosti se sejdou. Na to navazuje tloušťka plechu, ze kterého je rám tvořen. A jelikož existuje mnoho měřítek a tím i pořádná škála velikostí modelů, ukažme si to raději na příkladu:

Tloušťka rámu na E225 činí 3 mm, a i přes řádné vyztužení má tendenci se tvarovat podle kolejnice.

Dodatek:
V tomto případě to vlastně chodu lokomotivy pomáhá (z důvodu absence pružení), ale rozhodně doporučuji volit jiné odpružení, než to mé inovativní - rámové. 

Taková ideální tloušťka plechů použitých na rám by byla spíše 5 mm. 

____________________________________

Spřáhlo

Největším bodem úrazu u spřáhel je, že si člověk při konstrukci nemusí vždy plně uvědomit, jaké budou na toto místo působit síly a rázy.

Na to navazuje otázka, jaké spřáhlo pro model zvolit. A opět zde záleží na tom, pro co je model stavěn. Pokud se jedná o model určený pouze na výstavy a jezdění po stabilních drahách, lze zvolit sofistikovaný systém, jako je například šroubovka a nárazníky. U modelů pro jakékoliv jiné určení, než zmíněný režim "bavlnka", se jeví jako bezpečnější a zároveň praktičtější použít centrální spřáhlo.

A o co přesně jde? Jedná se o spřáhlo, které je umístěno ve středu vozidla a tím na toto místo směřuje i veškeré síly. O to více musí být toto místo samozřejmě vyztuženo. Výhodou však je, že při sunutí, brzdění a dalších všemožných situacích není vozidlo zatěžováno nerovnoměrně. Kdo si kdy zkoušel sunout s nerovnoměrně zatíženou soupravou na šroubovku do prudkého oblouku ví, o čem mluvím. Dalším aspektem je i bezpečnost neukázněných cestujících. Děti rády dávají prstíky všude, kam nemají. A pokud je dají zrovna mezi rozevřené nárazníky, u kterých dojde záhy ke stlačení, úraz je na světě.

Centrální spřáhlo lzr zároveň kombinovat s dalším stupněm zabezpečení. Spojení vozů centrálním spřáhlem může být doplněno řetězem a háky, což slouží jako pojistka při roztržení soupravy...

Velmi podrobný článek o spřáhlech na www.drah-servis.cz.

____________________________________

Nápravy, odpružení

Tato problematika může být velkou neznámou, obzvláště pro ty, co přechází z modelů menších měřítek (H0, tt,...), kde není potřeba nic takového řešit.
Pokud však odpružení vynecháme, pak může nastat situace, kdy člověk stojí zmateně nad mašinkou a drbe se na hlavně, proč to na těch kolejích nedrží... (rok 2018, kolorizováno)

Co jsem tedy vykoumal. Náprava, potažmo podvozek by se měl umět přizpůsobit trati. U některých strojů není odpružení tolik žádoucí (například u lokomotiv s malým rozvorem, či malým rozvorem na otočném podvozku), ale pokud i tato vozidla budou pružena, jízdní vlastnosti budou jistě lepší.

Takové pružení lze spáchat spousty způsoby. První otázkou je uložení. Kreativitě se meze nekladou, avšak si zde dovolím uvést jako příklad dvě nejpoužívanější. Na prvním obrázku můžeme vidět uložení v "konících" s kluzným pohybem nahoru a dolu. Na druhém uložení pomocí otočného bodu.

Druhou otázkou je, co tam má vlastně pružit. Osobně nejčastěji využívám silentbloky. Klasické pro vozidla se stálou hmotností, kuželové pro vozidla s proměnlivou. Alternativou k tomu můžou být třeba ocelové pružiny. U lokomotiv s menším rozvorem postačí pásek pryže (ale stejně je jednodušší tam šoupnout silentblok).

Třetím bodem v tomto odstavci budou ložiska. Tato informace je poměrně podstatná a já jí zjistil bohužel tím horším způsobem:D

Z provozu - na voze, který měl uložení řešené klasickými kuličkovými ložisky se po delší době provozování obrousily osy do jakéhosi kužele v místě uložení. Bylo to způsobeno tím, že se ložisko nemohlo vyklopit a působily na něj takové síly, že se osa vytvarovala do tvaru, který naklápění umožnil. Vůz musel být odstaven, neboť bylo velké riziko prasknutí os. V nejslabším místě měla osa totiž průměr něco kolem  6 mm (z původních 12 mm).

Řešení? Naklápěcí ložiska. To by mělo ušetřit spousty starostí.

Speciálním odvětvím jsou třínápravové lokomotivy. Zde se to řeší buď hybnou nápravu (do stran), nebo stačí jedné nápravě kupírovat okolky (jednodušší řešení). Profil tohoto kola bez okolků pak nemá žádné zkosení, protože se nepohybuje ve stejné dráze, jako ostatní kola. 

Technická připomínka - jen tyto dvě možnosti nekombinovat. Náprava bez okolku nemá možnost se sama vycentrovat na koleji.

Nápravy je možné za poměrně rozumnou cenu zakoupit na:
www.17d-ltd.co.uk. 
Poštovné z Británie není však úplně nejlevnější.
Druhou variantou je si je nechat vyrobit zakázkově na jakémkoliv soustruhu.

V tom případě výkresy v PDF zde:

Kola se na osu pak mohou nalisovat, navařit, zajistit čepem,...

Stručný přehled tolerancí:

Pro nalisování za studena - otvor na kole H7, osa k6.
Pro hladké nasunutí - otvor na kole H7, osa j6.

U obou způsobů pak doporučuji zavařit.

Tloušťka samotné osy je pak samozřejmě také individuální podle stroje. Na lokomotivě E225 jsou osy silné 18 mm, v místě, které procházejí kolem 15 mm a v ložisku 12 mm. Opět zde platí pravidlo, že více není na škodu.

____________________________________

Podvozky

Podvozkové lokomotivy mívají lepší jízdní vlastnosti, protože se dokáží lépe přizpůsobit trati. 

Mají však jisté parametry, které je potřeba dodržet. Takový podvozek se totiž musí otáčet nejen kolem své osy, ale také mít možnost se vyklápět, aby se přizpůsobil nerovnostem trati.

Pro znázornění, jistá točna, na které se podvozek otáčí je podložena pryžovým pásem. V kombinaci s pruženými nápravami se tím zajistí dostatečná tvárnost vůči kolejnici.

Otáčení podvozku lze vyřešit samozřejmě i jinak. Kombinace středové osy a kuličkové jednotky/ložisek, silonové kluzné plochy,... Čistě na fantazii každého.

____________________________________

Přenos výkonu

Bateriové lokomotivy:

U bateriových lokomotiv je to vcelku zřejmý. 
Sestava: baterie - regulátor - DC elektromotor. 
Popřípadě: baterie - střídač - frekvenční měnič - AC elektromotor.

DC elektromotory jsou bezkonkurenční v jednoduchosti obvodu a ceně. Naproti tomu AC pro nízké zahřívání a bezztrátovost. Další možností by mohla triaková regulace a komutátorový/jednofázový motor (typicky vrtačka). Zde je však více nevýhod. Motory díky triakové regulaci hodně trpí při rozjezdech, otáčení směru jízdy je komplikované,...

Dále zde není radno zapomínat na bezpečnost. Naštěstí na tomto světě existují pojistky a jističe, schottkyho diody a další. Určitě umístit mezi baterii a motor a dále na vlastním uvážení.

Benzín-elektrický:

Bateriové lokomotivy mají jednu velkou nevýhodu - vybijí se. Pro těžší provoz bateriové lokomotivy je tedy nutná zásoba více baterií. Zároveň jejich výměna je poměrně nepraktická a dalo by se říci dokonce otravná.

Řešení? Dobíjení za jízdy. A jak na to?

No pokud nechceme budovat třetí kolejnici nebo trakční vedení, pak je řešením elektrocentrála. Na tu stačí prakticky napojit silnou automatickou nabíječku a tadá, máme praktický stroj.

Pro upřesnění, je dobré si to aspoň trochu propočítat. Na pojezd lokomotivy NDM 6 jsou použity motory 2x 350 W 24V, dvě trakční baterie 80 Ah, nabíječka Carspa 24 V, 10 A a elektrocentrála Yato 800 W. Tato konfigurace potřebuje ověřit v provozu, ale teoreticky je funkční. Pouze někdy po náročném jezdění stane, že lokomotiva dojede s bateriemi na 50 %. Nabíjení přes noc však tento problém vyřeší a při použití dobré nabíječky dá bateriím správnou péči.

Pak je zde ale další možnost použití elektrocentrály - a to bez baterií.

Výhoda - méně součástek.
Nevýhoda - je za potřebí silnější centrála.

Při použití DC přenosu se dá proud usměrnit přes průmyslové zdroje. Je to však použitelné u menších strojů.
Větší potenciál se skrývá v AC přenosu. Není zde potřeba střídač, protože elektrocentrála dodává AC napětí, většinou jednofázové. Po připojení frekvenčního měniče, který má jednofázový vstup 230 V a třífázový výstup 400 V, vznikne dobře funkční konfigurace. Také lze přidat brzdný odpor a další srandy. Jediný háček zde spočívá v tom, že frekvenční měnič je velmi jemná součástka. V úvahu proto spadají pouze invertorové elektrocentrály a za ně ještě ideálně přidat stabilizátor.

Benzín-mechanický:

Pro lidi, co se příliš nekamarádí s elektrikou, je zde také možnost.

Přímý mechanický přenos z motoru na nápravu. Zjednodušeně: motor - spojka (nejčastěji odstředivá) - reverzní skříň (pokud není na motoru) - kolo.

Možností je zde mnoho. Dají se použít funkční celky například z dětských čtyřkolek, různých vozíku a podobně.

Pro benzínové motory a reverzní skříně jsou zde samostatné odstavce. 

Pokud byste si chtěli sestavit přeci jen vlastní konfiguraci, největší problém je vzájemná kompatibilita. Téměř všude jsou požity jiná řetězová kola různých norem, různé řemeny a tak dále. Sestavení vlastního celku proto vyžaduje dosti výměn dílů a tím i obrábění a návazné dílenské práce. Proto jiné funkční celky usnadní dosti práce.

Další možností, jež kombinuje benzín-elektrický přenos s benzín-mechanickým je napojit elektromotor za odstředivou spojku. Elektromotor tak bude fungovat jako generátor. Na vzniklý generátor lze napojit elektromotor, mezi ně dát H můstek a máme funkční přenos výkonu řízený odstředivou spojkou, avšak přepínání směru jízdy je zde velmi jednoduché. 

Ostatní:

Existuje mnohem více způsobů přenosu výkonu, například hydraulický, pneumatický a další. O těchto přenosech však nevím dostatek informací, abych z nich udělal samostatný článek.

____________________________________

DC Elektromotory

Jaký motor vlastně použít? Co se týče výkonu motoru, pak záleží na podmínkách, ve kterých je lokomotiva provozována. Na mobilní dráze je potřeba větší hmotnost i výkon vozidla, protože je provozováno v náročnějších podmínkách (stoupání, klesání, ostré oblouky, nerovná trať).

Příklad: Lokomotiva E225 o výkonu 2 x 750 W (značně předimenzované, avšak motory se kvůli své konstrukci hřejí) a hmotností 80 kg utáhne na mobilní dráze maximálně jeden ložený vůz, zatímco na stabilní nemá problém se třemi vozy.

Opakem k tomu je lokomotiva NDM 6. Ta se svým výkonem "pouhých" 700 W a hmotností nad 150 kg utáhne na mobilní dráze i dva plně ložené lavicové vozy. Jde zde jak o lepší konstrukci samotných motorů, tak i o převody a samozřejmě vyšší hmotnost vozidla. 

Maximální rychlost lokomotivy NDM 6 je 11 km/h.
E225.0 je převodována až do 16 km/h.

Abychom tuto kapitolu neuzavřeli otevřeně, řekneme si přeci jen něco konkrétního. Každý motor umí překonat své hranice. Pro jejich životnost to může být však klíčové. Proto je dobré držet se následujícího pravidla.

V případě překročení této hodnoty se začíná motor nadměrně zahřívat. Při překročení cca 80 - 90 °C (na plášti 70 - 80 °C) se může motor nenávratně poškodit.

Tuto hranici lze ohlídat automaticky buď to omezovačem na regulaci (či frekvenčním měniči) nebo manuálně pomocí ampérmetru.

Lze se tedy řídit následujícími třemi tvrzeními:
Pokud se motor dostane na hranici svého trvalého zatížení a vozidlo nejede - chce to větší výkon
Pokud se vozidlo nemůže rozjet z důvodu prokluzu kol - chce to vyšší hmotnost
Pokud to funguje - dobrý!

Stejnosměrné motory lze objednávat z polského webu www.magma.sklep.pl.
Mají zde velmi širokou nabídku motorů použitelných pro parkovou železnici za rozumné ceny.

Střídavé pak na www.levne-elektromotory.cz, kde musím vyzdvihnout výbornou zákaznickou podporu, kompatibilitu ostatních produktů a dobré ceny.

____________________________________

Regulace / Frekvenční měnič

Začneme opět stejnosměrném a tedy regulací. 

Hlavním tématem zde je proudová špička motorů. Může se vyšplhat chvilkově až ke čtyřnásobku maximální hodnoty. Každý regulátor je schopný tyto špičky snášet. Jsou pouze chvilkové a objevují se hlavně při rozjedu vozidla. Ovšem se může k nim docházet i při jízdě na trati (například ve stoupání v oblouku s těžkou soupravou). Lze vybrat dostatečně výkonný regulátor, který je dokáže snést. Elektromotorům to však rozhodně dobře nedělá. Proto je nejlepší je úplně eliminovat.

Řešením je omezovač v regulátoru. Ne každý ho ovšem má. Pro ty levnější "číny" je tak alternativou ampérmetr pro manuální omezování výkonu a jistič.

Přepínání směru jízdy je možné buďto přímo regulátorem, nebo stačí z několika relé zhotovit H můstek.

Frekvenční měniče jsou pak více o nastavování. Jsou vyráběny poměrně univerzálně a proto si je každý uživatel donastaví podle toho, k čemu je potřebuje. Nastavení maximálního proudu, křivek a mnoho dalšího bývá samozřejmostí. 

A kde co splašit?
Regulátory: 
www.4qd.co.uk/
www.bel-shop.eu/
www.neven.cz/
Měniče:
www.levne-elektromotory.cz

____________________________________

Benzínové motory

Sortiment benzínových motorů je poměrně rozsáhlý a mnohé z nich si přímo říkají o využití v mašince. Ať už od samotného motoru, až po komplety.

Součástí některých z nich není spojka, podle průměru hřídele lze však snadno vybrat správnou odstředivou spojku.

Zajímavou kapitolou jsou pak motokity. Sety určené pro motorizaci kola se dají snadno využít do lokomotivy a poskytují i solidní výkon. Pouze je třeba si dořešit startování, které je obyčejně řešeno nášlapem.

Další zajímavou možnost jsem viděl u kolegů v zahraničí, kdy si na orgány koupili dětskou čtyřkolku (125 ccm tuším) a kompletní pohon z ní použili do lokomotivy. Je to ve své podstatě geniální. Vše funguje jak má, není třeba řešit kompatibilitu dílů a ty s větším výkonem (ty trochu dražší) mají v sobě zabudovaný i reverz. Jedinou nevýhodou je pak větší prostorová náročnost.

____________________________________

Reverzní skříň

Při koupi obyčejného motoru se setkáme s problematikou reverzu. Na ebay lze však sehnat velkou škálu reverzních skříní pod pojmem reverse gearbox používaných do motokár. A když se človek popasuje s podivuhodnými rozměry řetězových kol, pak má vyhráno.

____________________________________

Elektrocentrály

Výběr elektrocentrál je rovněž velmi rozsáhlý a každý si může vybrat tu, která mu svými parametry nejvíce odpovídá. Dnes se dají sehnat i s poměrně nízkou hladinou hluku, pak také invertorové, které dávají jen tolik výkonu, kolik je zapotřebí a také jsou většina určené pro provoz s elektronikou. Tudíž poskytují co nejstabilnější výstup. Platí zde snad jen obecné pravidlo, že je potřeba si nechávat nějakou "výkonovou rezervu".

Například při výkonu lokomotivy 1500 W by měla centrála zvládat alespoň 2 kW.

____________________________________

Převody

Opět velmi individuální téma. Převody lze provést spousty způsoby, či dokonce tyto způsoby kombinovat.

Nejčastější převod je pomocí řetězů. Zde pouze stručně, na měřítka 5" a 7 1/4" jsou použitelnou velikostí řetězy 9,525 a 12,7. Větší neuškodí, menší se vytahají, či nezvládnou síly na ně působící. Pro lokomotivy, které nejsou určeny pro tahání mnoha lidí postačí i 25H. V každém případě řetězy potřebují napínat a to buď to stavitelnou polohou motoru/převodovek, či napínáky. Zde však musí být řetěz napínán z obou stran, protože lokomotiva je uzpůsobena jízdě na obě strany.

Ozubená kola - zde je jistou nevýhodou potřebná přesnost při výrobě. Uchycení motoru tak na nápravu připadá v úvahu pouze tlapově. Do ozubených kol se také nesmí dostat žádné nečistoty. Jako snadnější řešení se může jevit zakoupení čelní převodovky. Zde není žádné proti. Pokud to prostorově vychází, ušetří to spoustu práce.

Šnekové převodovky - mezi výhody i nevýhody patří jejich samosvornost. Rozebereme si to. U takových strojů není třeba řešit brzdu, protože šneková převodovka neumožňuje výběh. Je to však zároveň nevýhodou, protože při takovém náhlém zastavení působí velké síly, které můžou vést k destrukci převodovky. Řešením tak může být buď to vložit mezi motor a převodovku setrvačník, či nastavit brzdnou křivku v regulaci/měniči.

Další možnosti jsou například řemeny, kardany a mnoho dalších. S nimi však nemám osobní zkušenosti.

A kde díly na převody nakoupit? Solidní sortiment mají na www.mateza.cz, www.arkov.cz a www.levne-elektromotory.cz

Dále je otázkou, jaký zvolit převodový poměr. Jelikož se pohybujeme v odvětví modelařiny, kde člověk za svým modelem sedí a osobně ho obsluhuje, pak rychlost 15 km/h může připomínat blížení se rychlosti zvuku. Proto doporučuji převodovat pod tuto hranici.

Má to své výhody. Motory jdou více do tahu než do rychlosti a způsobuje to jejich menší zahřívání. Ve vyšší rychlosti dochází i na zdánlivě rovném svršku k velkým rázům, kterými trpí konstrukce vozidla. A v neposlední řadě je zde otázka bezpečnosti. Jelikož se stále pohybujeme na kolejích, může dojít k vykolejení. V takové rychlosti to rozhodně není nic hezkého a ani bezpečného. Proto pro provoz s lidmi je bezpečná rychlost do 10 km/h. Pokud se nějaký bobík rozhodne za jízdy vystoupit, není taková pravděpodobnost, že by kromě odřeného kolene vyváznul s nějakým jiným zraněním.

____________________________________

Baterie

Do většiny lokomotiv jsou potřeba baterie. Například startovací autobaterie jsou naprosto nevhodná volba, protože nejsou stavěny na časté vybíjení a nabíjení. Ideální jsou trakční baterie. Vhodné jsou také LiFePO4, které však disponují vyšší cenou. 

____________________________________

Chlazení

Všechny komponenty, co se pohybují se zahřívají. Proto je důležité dbát na dostatečné chlazení. Někdy stačí pouze součástku úplně neuzavřít a jindy je třeba požít ventilátory. Pokud se i přes použití ventilátorů některé komponenty přehřívají, je třeba zvážit, zda lokomotiva není příliš přetížená (soupravou).

____________________________________

Brzdy

Elektrické lokomotivy to mají v tomto ohledu značně "jednodušší", protože mohou využívat elektromotoru. V tomto případě lze použít jednoduchá zkratová brzda, kdy se spojí póly motoru. Dalším způsobem je pak protiproudová brzda, kdy regulátor přidává postupně výkon do opačného směru (odkaz zde).

Je vhodné na lokomotivu umístit také brzdu mechanickou (ať k brždění těžší soupravy, nebo zajištění při stání). Lze použít špalkovou, kotoučovou, či elektromagnetickou brzdu. Brzda lze spouštět elektricky, mechaniky (lankem), vzduchem,... 

Více o brzdění zde.

____________________________________

Ostatní

Dále by měl být na podvozku umístěn klakson, fanfára, zkrátka cokoliv, čím může strojvůdce dávat zvuková znamení. Tyto součástky mají zpravidla velký odběr, proto je vhodné je ovládat pomocí relé.