Поворотный круг

© Иржи Индра, 09 Дек 2006

Поворотный круг — мечта каждого моделиста, как начинающего, так и опытного «зубра». Если не рассматривать постройку моделей локомотивов, то это наисложнейшее изделие, которое себе можно представить на макете железной дороги. Связано это прежде всего с тем, что эта работа требует умения работы на токарном станке и исключительной точности при изготовлении и сборке многих деталей. Поэтому вам, скорее всего, придется заказать некоторые детали, такие как яма круга, шаблон для укладки рельса на дне ямы, текстолитовый диск для токосъема.  В этой статье будут описаны только наиболее сложные этапы работы и конструктивные элементы модели, поэтому рассчитана она на более-менее подготовленных моделистов. Для начала немного о самих кругах.

Поворотный круг применялся для оборота паровозов, так как конструктивно этот локомотив должен двигаться трубой вперед (исключая танк-паровозы).

В большинстве случаев поворотный круг строился у веерных депо и служил еще для въезда паровозов в стойла.

По своей конструкции круги были двух типов: уравновешенные и неуравновешенные.

Уравновешенный круг — круг более старого типа. Для оборота на него заезжал паровоз, и его уравновешивали, перемещая вдоль пути, как на качающейся балке, что давало возможность оборачивать его потом при помощи физической силы людей. Конструктивно это было сделано так: в середине круг имел сферическую опору, на которой и качалась ферма, боковые колеса служили для опоры только при  въезде и съезде локомотивов.  Ферма круга представляет собой две сплошные стенки клепаной конструкции, отстоящие друг от друга на расстоянии чуть большем ширины колеи. Стенки имели снизу профиль параболы и были соединены между собой поперечными связями, а в середине склепаны между собой железной коробкой, которая и передавала весь их вес и вес находящегося на них локомотива на единственную опору. Такой принцип круга делал обязательным выполнять его несколько длиннее, чем максимальная длина локомотива на дороге. Большую роль играл вес локомотива (каждый тип имел разный вес), а также наличие топлива и воды в тендере.  Наиболее распространенные по величине круги имели на широкой колее диаметр 64 фута или 19,5 метров, на узкой — 34 фута (10.4 м)  и 42 фута (12,8 м).

В живых на узкоколейках я застал лишь два круга, один на ст. Ириновка, другой на ст. Тирлян (Белорецкая ужд). Применение уравновешенных кругов большего диаметра уже делало их неэффективными из-за их веса и невозможности оборота физической силой.  На фермах устанавливались ваги, через которые передавалось усилие людей для поворота. Характерным отличием такого круга была и большая глубина ямы, так как ферма была цельной и должна была выдерживать большие нагрузки, и соответственно имела большие габариты.

Неуравновешенные круги имели ферму, которая состояла из двух соединенных между собой в середине частей. Опиралась ферма на боковые колеса, которые катились по уложенному на дне ямы рельсу, и вращалась вокруг центральной оси, где также имелись опорные элементы. Нагрузка локомотива передавалась на ось и боковые колеса. Поэтому было достаточно иметь круг, чтобы на нем поместились только оси локомотива, но это требовало и большей силы для оборота. В качестве движителя использовали или пневматический круговоротчик, который приводился в действие или паром, или сжатым воздухом от локомотива (устройство напоминало «скачущую ногу», которая при каждом ходе упиралась на новый зуб рейки, идущей вдоль круга), или электропривод. Внешне использование электропривода проявлялось в наличии на ферме круга  над его осью П-образной рамки, несущей на верху барабан со скользящими контактами для передачи электроэнергии к двигателю, а также в наличии поста управления в виде будки. Балки, соответственно, имели более низкий профиль, но к моменту появления этих кругов выросли размеры паровозов, поэтому круги достигли в диаметре 25 и 30 метров. Более подробно можно прочитать в книгах, посвященных поворотным кругам, где можно найти и чертежи.

Для конструкции модели тип круга большого значения не имеет, это более важно при соблюдении эпохи, а также чисто из конструктивных соображений, чтобы можно было модель встроить в макет. Уравновешенные круги дожили до 90-х годов 20 века, а возможно, живут и сейчас, только все они были оборудованы круговоротчиками, поворотные ваги срезаны.

Самая большая проблема при постройке модели круга — это проблема совпадения осей ямы круга и фермы, а также перпендикулярности оси фермы к плоскости ямы. Причем, чем больше круг в диаметре, тем выше должна быть точность.

Эта точность может быть достигнута только за счет хорошо продуманной конструкции и точности механической обработки деталей.

Иначе невозможно будет добиться совпадения осей путей фермы и макета ни по вертикали, ни по горизонтали. Совпадение осей путей должно быть и при обороте круга на 180 градусов!

Конструкция круга, которая позволяет производить нивелирование, показана на рисунке справа.

Такая конструкция (на фото слева — поворотный круг диаметром 115 мм или 10 м (при пересчете натурального размера в масштаб НОе) позволяет методом подгонки элементов выровнять все погрешности. В конструкции отсутствует опорный подшипник в дне ямы круга, и ось фермы свободно проходит через это отверстие. Ферма насажана на ось, к которой через изоляторы прикреплены скользящие контакты и которая в свою очередь жестко закреплена на редукторе. Конструкция больше применима к кругам малого и среднего диаметра, до 200-250 мм, так как не имеет боковых опор, но при их введении можно увеличивать круг. Посредством полистирольных втулок (1) возможно, выравнивать плоскости фермы и круга, и люфта винтов (2) внутри втулок (3) возможно добиться совмещения осей. Втулки пластмассовые, приклеены к яме, выточенной из оргстекла. Высота втулок (1) регулируется подпиливанием надфилем.

Наиболее ответственный момент — высверлить отверстие в ферме, которая также сделана из оргстекла. Это лучше сделать на токарном, в крайнем случае — на сверлильном станках, для получения перпендикулярности оси отверстия к плоскости балки. Причем начинайте сверлить сверлом малого диаметра, его не уведет от намеченной точки.

Для разметки лучше всего применять штангенциркуль,  у которого заточена неподвижная измерительная часть.

Для привода круга во вращение надо подобрать двигатель постоянного тока, чтобы была возможность реверсировать направление вращения, а также скорость. Поскольку скорость вращения круга должна находиться в пределах от 0,5 до 1 оборота в минуту, то без редуктора не обойтись.  Советовать что-либо сложно. Из двигателей на барахолках  можно смотреть из серии ДПМ-20 или 25, а также, возможно, что повезет найти его сразу с редуктором или редуктор отдельно. Большой мощности от двигателя не потребуется, так как это будет скомпенсировано большим передаточным числом редуктора.  Для двигателя с числом оборотов 2200, вам потребуется редуктор 1:2500! Пусть вас это сильно не пугает, если управлять мотором посредством блока питания с регуляцией напряжения, то вовсе нет необходимости выводить мотор на его полное рабочее напряжение. Вполне достаточным для движения круга может быть напряжение 3-5 вольт, вместо рабочих 12.  Если вам не повезет найти редуктор со столь большим передаточным числом, то придется ввести дополнительную пару шестерен.  Скорее всего, это будет обычная шестерня большого диаметра, а к ней в пару одно-двухзаходный червяк, тогда придется менять конструкцию модели. Подбирая шестерни, внимательно смотрите на их совместимость, так как они могут иметь разный модуль.

Теперь остановимся на укладке кругового рельса на дне ямы. Для этого надо взять отрезок профильного рельса с длиной, рассчитанной исходя из диаметра, и спаять его встык, для чего обернуть его вокруг специально выточенного тонкого диска, который должен войти в углубление между головкой и подошвой рельса.

Если вы хотите использовать шпалы, то нарежьте их на необходимые отрезки и заранее оденьте на рельс. Для прочности стыка лучше напаять маленькую накладку на подошву. При пайке используйте только нейтральные флюсы.

Можно рельс и не делать таким способом, а выточить его вместе с ямой, а шпалы потом подклеить.  Приклеивать рельс надо вместе с шаблоном, который лучше также сцентрировать относительно центрального отверстия в яме. Конструкции с боковыми опорными колесами лучше всего сделать отдельно и клеить к ферме, на полностью собранной конструкции для того, чтобы добиться  максимального прилегания колес к рельсу.

Еще одна операция требует внимания. Это укладка рельсов собственно на ферме. Для этого лучше всего профрезеровать и пропилить (на маленькой циркулярной пиле) канавки, в которые будут затем вклеены рельсы.

Эту операцию можно упростить приклеиванием центральной узкой пластины из полистирола толщиной 0.6 мм, к боковым граням которой подклеите рельсы, а потом для прочности подклеить и с внешней стороны рельсов или полоски или маленькие пластинки, имитирующие крепления рельса.

И последнее — организация фиксации круга точно против выбранного положения. Для этого вам потребуется изготовить диск из фольгированного текстолита. У диска две внутренние дорожки используются для снятия напряжения для питания рельсов на ферме, обратите внимание на разрезы дорожек, они сделаны для того, чтобы локомотив на кругу всегда ехал в одну сторону при одном и том же положение регулятора. Это не вызовет инстинктивных ошибок при управлении. Третье кольцо служит для подвода тока к наружному широкому бегунку.  Наружная часть диска разбита на равные сектора, соответствующие градусной системе круга. Наиболее употребима 15 градусная. Разбивку надо сделать очень точно, и выдержать ширину разделительной черты в пределах 0.2 — 0.3 мм. Основной эффект точной фиксации основан на том, что ширина бегунка должна быть равна ширине сектора. В этом случае если обесточить этот сектор, то бегунок, зайдя полностью  на обесточенный сектор, прервет питание двигателя. Поскольку в нашей конструкции инерционность вращения отсутствует, то эффект 100 процентный.  Для движения круга надо подвести напряжения на сектора. Это достигается включением в цепь простых тумблеров, причем только на тех местах, где хотите сделать фиксацию, то есть разомкнете цепь, неиспользуемые для остановки сектора можно пропаять между собой. Не забудьте о том, что тумблера должны быть парными, т.е. один напротив другого, для того чтобы фиксировать круг в положениях через 180 градусов. Также полезно сделать общий тумблер, который включит мотор напрямую, и вы сможете наслаждаться вращением круга.