BUCYRUS - ERIE 250-Ton Railway Crane
04-12-2009
Da alcuni mesi ho iniziato la costruzione del modello di questa gru ferroviaria a vapore, in scala 1:11,3 e scartamento 5".
La lunghezza del carro sarà di circa 975 mm e quella totale, col braccio abbassato, di circa 1830 mm.
Tutti i comandi sono ad aria compressa, fornita da un compressore "Westinghouse Cross Compound Steam Compressor".
Questo compressore è già stato realizzato, ma per il momento l'ho accantonato perchè presenta ancora dei problemi che dovrò risolvere.
Attualmente sto procedendo con la progettazione della parte meccanica che è molto complessa.
23-12-2009
Immagine CAD aggiornata:
01-03-2010
Prima di cominciare la costruzione di tutta la parte meccanica che si vede nel disegno, ho ritenuto opportuno realizzare i due motori ed un innesto
a denti per verificare due parti critiche del progetto per non trovarmi poi alla fine con tutti i problemi accumulati.
Mentre l'innesto a denti non mi ha procurato particolari problemi, i motori mi hanno fatto sudare parecchio. Purtroppo non dispongo di disegni
quotati e quindi ho dovuto ricavare le misure scalandole da un disegno di assieme, sperando che il disegnatore non avesse fatto errori.
La distribuzione è del tipo Marshall (o meglio del tipo Bremme, visto che ha due leverismi di accoppiamento invertiti) che di per sè presenta dei
problemi di asimmetria nel movimento del cassetto. Alla fine comunque i motori girano con l'aria compressa e per ora mi basta.............
Ecco due foto dei motori assemblati su un supporto provvisorio assieme all'albero motore ed una foto dell'innesto a denti, azionato da un piccolo cilindro ad aria:
21-03-2010
Oggi ho provato i motori alimentandoli col vapore e come era prevedibile il funzionamento è migliore che non con l'aria compressa.
La messa a punto è stata resa possibile grazie all'aiuto di Charlie (www.tcsn.net/charlied) che ha modificato un programma di simulazione per adattarlo
alle mie esigenze, il tutto nello spirito di collaborazione ed amicizia che rende così bello il nostro hobby.
Ecco un paio di foto:
Nel frattempo ho terminato la progettazione dei meccanismi della gru. Ecco un'immagine del lato sinistro dove si vede il meccanismo
di sicurezza per l'abbassamento del braccio, piuttosto complesso e difficile da capire come funziona; spero di aver trovato la giusta soluzione.
14-04-2010
Il lavoro prosegue. Ecco gli ingranaggi realizzati partendo da ingranaggi metrici commerciali, esclusa la corona con dentatura interna realizzata su misura (grazie Massimo!!):
Mancano gli ingranaggi che si vedono nelle foto dei motori già pubblicate e quelli per la trasmissione del moto ai carrelli del carro di supporto della gru, parte questa ancora da progettare.
Nella foto si vedono anche i vari assi di supporto e trasmissione moto degli ingranaggi
18-10-2010
E' terminato il lavoro di assemblaggio delle varie parti costituenti la meccanica del corpo principale. Il tutto è stato provato sostituendo i motori a vapore con un motore elettrico
ed il risultato è stato buono; frizioni, innesti a denti, ingranaggi e tamburi delle funi funzionano in modo corretto.
Prima un paio di foto dello "strato" inferiore di ingranaggi ed innesti, difficilmente visibili a montaggio completato. Sono visibili i quattro tamburi dei freni a nastro, due per la rotazione e due
per il movimento di traslazione del carro della gru. Sul lato sinistro si vedono i comandi pneumatici delle due frizioni utilizzate per la rotazione della gru.
Ed ora le foto dell'insieme. Sul lato inferiore si vede uno dei quattro carrelli che supportano la gru sulla corona a dentatura interna (non montata, come pure gli altri tre carrelli).
Il pignone sul lato inferiore, accoppiato con la corona a dentatura interna, serve per la rotazione mentre l'asse sporgente dal centro di rotazione trasmette il moto ai carrelli
del carro per la traslazione sui binari.
I comandi sono tutti pneumatici ed effettuati tramite piccole valvole manuali (simili a microinterruttori elettrici). Le due lunghe leve manuali sono i freni manuali di sicurezza
per i due tamburi delle funi di sollevamento dei ganci (principale e secondario). Il tamburo del gancio ausiliario avvolge una singola fune, mentre i tamburi del gancio
principale e del braccio avvolgono una doppia fune e quindi hanno una doppia scanalatura, destrorsa e sinistrorsa.
Qui si vedono gli ingranaggi per il movimento di rotazione oraria ed antioraria, azionati dalle due frizioni a comando pneumatico
Su questo lato è sistemato il dispositivo di sicurezza per l'abbassamento del braccio della gru. Un complicato sistema di ruote, leve, arpioni e molle
impedisce che il comando di abbassamento del braccio possa essere effettuato se l'innesto di collegamento tra albero motore ed ingranaggi non è
correttamente inserito. L'innesto è chiaramente visibile nella seconda foto, sull'asse della ruota dentata dove si innestano gli arpioni
24-11-2010
E' terminata la progettazione del braccio della gru (Boom). Il lavoro ora procede con la realizzazione delle varie parti (circa 170 pezzi), dei quali
buona parte verrà tagliata a Laser e quindi saldata prima a TIG nei punti di incastro previsti e poi probabilmente saldobrasata in forno.
Ecco un'immagine del braccio; mancano tutte le funi che collegano le varie pulegge. La lunghezza del braccio è di 1230 mm.
Ed ora un paio di immagini dei primi pezzi che ho realizzato con la mia fresatrice CNC (di tipo non professionale, ma non torno più indietro dopo questa esperienza
che ho iniziato un paio d'anni fa!).
La prima foto ritrae i due ganci, ausiliario e principale, mentre la seconda ritrae il supporto basculante per la puleggia di rinvio del gancio ausiliario ed i due attacchi
del braccio al telaio della meccanica principale. I pezzi sono così come sono usciti dalla fresatura e dovranno essere rifiniti e sabbiati. I due ganci devono essere staccati
dal piatto di acciaio dal quale sono stati ricavati ed i due gambi poi saranno filettati. Per avere un'idea delle dimensioni, i piatti di acciaio dei due ganci ausiliario e principale
hanno rispettivamente una sezione di 50x12 mm e 70x15 mm, mentre il supporto basculante per la puleggia di rinvio del gancio ausiliario è ricavato da piatto di sezione 50x30 mm.
08-01-2011
Il lavoro è proseguito con la costruzione del braccio (boom) della gru. La lunghezza del braccio è di 1230 mm.
La struttura è stata realizzata con la tecnica ad incastro; i vari pezzi sono stati progettati in modo da poterli assemblare tramite incastri saldati con un punto a TIG oppure avvitati o rivettati.
Una volta assemblato tutto il braccio si è proceduto alla brasatura ad argento tramite preriscaldamento di tutto il pezzo per evitare distorsioni.
Due disegni del pezzo che sta all'estremità del braccio illustrano bene la tecnica degli incastri. Il primo mostra l'esploso dei vari pezzi ed il secondo gli stessi assemblati:
Le due foto seguenti mostrano il braccio già assemblato e saldato a TIG, pronto per la brasatura finale:
Ed ecco il risultato finale, dopo la brasatura e la stuccatura:
Ed ora la foto dei due ganci, principale ed ausiliario, e due foto delle pulegge di rinvio per le funi dei ganci:
21-02-2011
Dopo la verniciatura, ho montato il braccio con tutti i cavi ed i ganci (principale ed ausiliario).
Ho rifatto anche alcuni pezzi dei due motori perchè avevano dato alcuni problemi.
Ora tutto è funziona correttamente ed è una bella soddisfazione vedere la gru in movimento.
Qui di seguito alcune foto; purtroppo il colore nero non aiuta a distinguere bene i dettagli.
07 Marzo 2011
All'inizio di questa realizzazione (Gennaio 2009) ero partito con l'idea di costruire il compressore d'aria Westinghouse.
Dopo diversi tentativi accantonai l'idea perchè mi resi conto che costruire il motore a vapore in versione doppio stadio (compound) era praticamente
impossibile in questa scala, almeno per le mie capacità.
Ho ripreso ora il progetto, modificando il motore a vapore e trasformandolo in versione duplex invece che a doppio stadio.
Il risultato è stato buono. Per ora ho alimentato il compressore ad aria e con 4 bar di alimentazione del motore ottengo 7 bar di aria compressa, mentre con 5 bar
di alimentazione ne ottengo quasi 11 di aria compressa. Anche la portata della pompa è più che sufficiente per alimentare tutti i comandi della gru.
Ecco alcune foto del compressore:
Ho realizzato anche un breve filmato della pompa in funzione. Per vederlo cliccate sull'indirizzo che segue:
http://www.youtube.com/watch?v=YF7qacG5a5w
01 Aprile 2011
Il circuito dell'aria compressa è costituito dalla pompa Westinghouse, dal serbatoio dell'aria compressa, da un lubrificatore per il vapore di alimentazione e da
un regolatore di pressione che chiude automaticamente il vapore quando la pressione dell'aria nel serbatoio raggiunge un certo valore e riapre il vapore quando
la pressione scende. In effetti poi la chiusura non è totale e la pompa ogni tanto si muove, restando sempre sufficientemente calda da impedire la
condensazione del vapore.
Nelle due foto che seguono si vede il lubrificatore a condensazione, realizzato con un cilindro di vetro borosilicato che permette di controllare il livello dell'olio;
il rubinetto sul fondo permette lo scarico dell'acqua di condensa, il tappo superiore serve per la ricarica dell'olio e la valvola laterale permette la regolazione.
Si vede inoltre il regolatore di pressione, posto sopra il serbatoio dell'aria.
09 Aprile 2011
Dopo ulteriori prove, mi sono reso conto che il lubrificatore non funzionava bene e quindi ho adottato una soluzione un po' diversa, che prevede l'ingresso del
vapore sotto il lubrificatore e l'uscita dell'olio, regolata da un rubinetto a spillo, sulla parte superiore. Per funzionare bene il tutto richiede una piccola differenza
di pressione tra ingresso vapore ed uscita olio e questa è stata creata con una strozzatura, regolabile tramite una vite, sul tubo vapore che esce dal regolatore
di pressione.
Ho poi sostituito il regolatore di pressione con uno di dimensioni un po' più grandi, per avere meno perdite di carico ed una regolazione migliore
Qui di seguito un paio di foto dell'insieme durante la prova a caldo ed una della fiancata con pompa ed accessori.
:
29 Maggio 2011
Il lavoro è proseguito con la progettazione del gruppo caldaia, che verrà inserito sul retro dell'assieme della meccanica.
La caldaia verrà realizzata in acciaio inox e sarà alimentata a carbone. Di seguito due disegni del gruppo caldaia e dell'assieme completo.
Sul lato destro del gruppo caldaia si vede la cassa del carbone e sopra di questa il regolatore che verrà azionato dal quadro comandi tramite una leva ed
un'asta di rinvio. Sul lato sinistro si vede il serbatoio dell'acqua. Nel disegno mancano tutti gli accessori (livello dell'acqua, rubinetti, iniettore, manometro, ecc.).
10 Giugno 2011
Ho continuato la progettazione realizzando i disegni di massima per il carro ferroviario. Questo mi permette di verificare le ultime criticità dovute
alla trasmissione del movimento ai carrelli ed anche di dare finalmente uno sguardo, sia pure virtuale, al complesso della gru.
Il tutto verrà poi completato dalla carrozzeria esterna, che però dovrà essere rimovibile per poter azionare tutti i comandi.
Le "scatole" poste alle estremità ed al centro del carro sono i contenitori dei bracci laterali di supporto che vengono estratti durante il funzionamento della gru.
Due ingranaggi sotto il carro possono essere disinnestati, tramite spostamento laterale, per evitare una traslazione della gru quando questo comando
non deve essere attuato anche se azionato accidentalmente.
Le due immagini che seguono mostrano l'assieme della gru e la parte inferiore del carro con la trasmissione del moto a due assi dei carrelli. In questa
seconda immagine si possono notare le due barre che azionano il disinnesto degli ingranaggi.
I carrelli sono del tipo "Buckeye" caratterizzati dalle fiancate snodate. Nel disegno mancano le molle di sospensione e tutto il complesso dei freni.
-sito.jpg)
03 Luglio 2011
Oggi ho effettuato il collaudo idrostatico della caldaia, realizzata tutta in acciaio inossidabile e saldata a TIG.
La caldaia è stata portata fino alla pressione di 40 bar senza evidenziare alcun problema.
Qui di seguito tre foto del collaudo:
21 Agosto 2011
A questo punto ho finalmente finito tutta la parte superiore, cioè quella che costituisce la gru vera e propria.
Manca ancora il collaudo a caldo con l'accensione della caldaia, ma sarà meglio aspettare giorni un po' più freschi.............
Per poter lavorare senza problemi ed in condizioni di sicurezza, visto il peso già notevole dell'assieme, ho costruito
un solido supporto che mi permette di accedere agevolmente a tutte le parti.
Per praticità il braccio della gru sarà montato solo durante l'assemblaggio finale.
Le prime foto mostrano una vista generale, il lato destro ed una vista del quadro comandi:
Sopra il quadro comandi si può vedere la leva di comando del regolatore (cioè della valvola che regola il flusso di vapore ai due motori).
I due manometri indicano rispettivamente la pressione del vapore e quella dell'aria compressa generata dal compressore Westinghouse.
Ci sono inoltre altri 14 comandi, tutti azionati tramite le microvalvole pneumatiche che si vedono sul pannello.
La valvola posta tra i due manometri permette di inserire la regolazione automatica della pressione dell'aria, tramite un microcilindro ad aria
che chiude il vapore al compressore Westinghouse quando la pressione supera una soglia e lo riapre quando ridiscende.
Gli altri comandi sono:
- inversione di marcia dei motori
- velocità di avanzamento del carro della gru semovente (velocità alta - bassa)
- rotazione della gru (oraria - antioraria - veloce - lenta)
- movimento gancio principale (inserito - frenato)
- movimento gancio ausiliario (inserito - frenato)
- movimento braccio (inserito)
- freno rotazione gru
Sotto il quadro comandi si vede la leva che permette di sbloccare il meccanismo di sicurezza ad arpioni che c'è sul lato destro (vedi foto successive).
Le due leve con meccanismo di blocco a sinistra del quadro comandi sono rispettivamente i freni manuali di sicurezza dei ganci principale ed ausiliario.
La leva che sporge dal praticabile serve per il comando degli spurghi dei due motori.
Passiamo ora alle foto della caldaia:
Nella prima foto si vede l'accesso alla porta da fuoco e sulla sinistra la cassa del carbone con lo sportello scorrevole. Il tutto è in uno spazio abbastanza
ristretto, ma comunque sufficiente. La seconda foto mostra la sommità della caldaia dopo la rimozione del camino; sul lato inferiore si può notare la valvola
del regolatore. Poiché la caldaia a tubi verticali tende a far uscire i fumi troppo velocemente, ho inserito in ogni tubo un elemento turbolatore per rallentarli
e così migliorare lo scambio termico; il turbolatore si vede nella terza foto. Il collaudo mi dirà se l'idea era buona............
Ed ora quattro foto che mostrano il lato sinistro con i vari componenti:
Nella seconda foto si vede il serbatoio dell'acqua. Il rifornimento in caldaia è assicurato da un iniettore e da un ingresso dove viene eventualmente collegata
una pompa di emergenza.
Nella terza foto si vede il compressore d'aria Westinghouse e sopra di questo il regolatore automatico di pressione. A fianco del compressore c'è il serbatoio
dell'aria.
La quarta foto mostra il già citato meccanismo di sicurezza per l'abbassamento del braccio della gru.
25 Novembre 2011
Il lavoro è proseguito con la realizzazione del carro ferroviario che è un po' complesso, sia per il sistema di trasmissione ai due assi, sia per la
tipologia dei due carrelli di tipo "Buckeye".
Le foto che seguono mostrano solo un assemblaggio provvisorio per la verifica generale prima dell'assemblaggio definitivo con relative saldature a TIG.
Il carrello manca di tutto l'impianto dei freni (circa 210 parti per i due carrelli, viterie escluse!) che sarà realizzato prossimamente.
Nel sistema di trasmissione si può notare il sistema di disinnesto, realizzato tramite un collare azionato da una barra filettata.
28 Dicembre 2011
Oggi finalmente ho assemblato l'impianto di frenatura di uno dei due carrelli, giusto per vedere se funzionava.
Il risultato è positivo, anche se l'assemblaggio è temporaneo. La viteria che si vede nelle foto è provvisoria ed andrà poi sostituita con quella appropriata.
Il carrello deve ancora essere completato nelle rifiniture.
Il meccanismo di frenatura è un po' complesso, come si può vedere dalle foto che seguono.
1 Marzo 2012
La costruzione del carro è proseguita realizzando le travi telescopiche laterali per i martinetti (jack beam), ultimando i carrelli e modificando il dispositivo
di disinnesto della trasmissione agli assi dei carrelli.
Le foto che seguono mostrano il lavoro svolto e sono state scattate tutte con il carro rovesciato!!
Il carro è provvisto di una trave telescopica centrale ed altre quattro travi telescopiche poste una per ogni estremità. Le prime due foto mostrano il carro
con le travi telescopiche, prima retratte e poi estese.
Le travi alle estremità si possono estendere dal lato corrispondente, mentre quella centrale si può estrarre da un lato o dall'altro con un'estensione
doppia delle altre.
Ed ora due foto della trave telescopica centrale. Le cremagliere e gli ingranaggi che si vedono sulle travi telescopiche servono come freni per bloccare la
trave: una volta in posizione, si blocca il pignone stringendo il bullone. Nella seconda foto si vede uno dei rulli molleggiati che permette di estrarre
agevolmente la trave interna per poi abbassarsi quando questa viene caricata e si appoggia al supporto che sostiene il carico.
La trave centrale è ricavata da fusioni in ghisa sferoidale.
Le due foto che seguono mostrano una delle quattro travi telescopiche laterali. Ogni trave può essere bloccata in alcune posizioni fisse tramite
una barra passante.
Una catena collega la barra al telaio del carro.
Due volantini permettono il disinnesto manuale della trasmissione agli assi dei due carrelli; questa operazione viene fatta per trainare il carro o
durante le operazioni di sollevamento con le travi telescopiche estese; in quest'ultimo caso una manovra sbagliata dell'operatore potrebbe azionare
lo spostamento del carro, con risultati disastrosi.
Se durante l'operazione di reinnesto della trasmissione gli ingranaggi non sono allineati, un sistema a molla provvede all'innesto automatico
non appena gli ingranaggi si posizionano correttamente.
Ed infine una serie di immagini relative al carrello ed al suo impianto di frenatura, composto da una miriade di parti (circa 120 parti ogni carrello, viterie escluse).
5 Aprile 2012
Il carro è finito e pronto per la verniciatura. Ecco una foto dell'insieme per dare un'idea del lavoro:
Due foto delle due testate fanno vedere in particolare le pinze che vengono aggrappate alla rotaia per bloccare ulteriormente il carro durante
le operazioni di sollevamento. La prima foto fa vedere le pinze aggrappate alla rotaia: avvitando il dado del bullone la pinza si stringe; la
seconda foto fa vedere le pinze nel loro alloggiamento.
Le fiancate del carro sono provviste di rinforzi, come si nota nelle due foto che seguono:
Alcune botole permettono l'accesso all'interno del carro per l'ispezione ed i lavori di manutenzione. Ognuno dei due impianti di
frenatura dei carrelli può essere azionato manualmente tramite un volantino asportabile.
La prima delle due foto che seguono fa vedere questi particolari, mentre la seconda mostra un'altra vista del carro.
15 Aprile 2012
La progettazione è proseguita con il disegno della cabina. Sono stato indeciso sul fatto se valeva la pena di fare tanto lavoro per costruire una
cabina che poi verrà quasi sempre rimossa per far vedere i meccanismi interni, ma poi alla fine ha prevalso la voglia di fare il tutto il più fedelmente possibile,
pur mantenendo l'operatività del modello.
Ecco quindi il disegno della cabina ed un paio di viste di come si presenterà il modello "vestito".
Mancano tutti i particolari (maniglie, cerniere, portelli, ecc.) che verranno realizzati su misura all'atto dell'assemblaggio.
1 Luglio 2012
La realizzazione della cabina ha richiesto un po' di tempo, ma finalmente anche questa è finita.
Per ottenere il minor peso finale, la cabina è stata costruita quasi tutta in alluminio, un materiale però per me un po' inconsueto che ha richiesto l'apprendimento
di una nuova tecnica di brasatura a bassa temperatura (e naturalmente ho cominciato ad imparare quando il lavoro era praticamente finito!).
Una parte del tetto è incernierata ed è provvista di due supporti con rulli che si appoggiano alle due barre con le pulegge di rinvio dei cavi.
Due botole sul tetto permettono il rifornimento di carbone ad acqua.
Il lato sinistro ha una porta scorrevole per l'accesso alla caldaia, due portelli di ispezione per il compressore Westinghouse ed uno sportello di ispezione per il motore sinistro.
Qui di seguito tre foto di questo lato:
Il fronte della cabina ha due porte, apribili dall'interno. Il lato destro ha due porte scorrevoli per l'accesso alla caldaia ed al quadro comandi ed un portello di ispezione per
il motore destro, come si vede dalle foto seguenti:
Il retro è dotato di due grandi portelloni e da due scale per l'accesso al tetto:
Il prossimo lavoro sarà la verniciatura del carro e della cabina, poi comincerà il montaggio finale.
13 Luglio 2012
Mi sono finalmente deciso ad assemblare il corpo del macchinario con il braccio e tutti i cavi.
Ecco il risultato. Con un po' di fantasia si può immaginare il corpo del macchinario montato sul carro..........
Ho voluto poi vedere l'effetto finale con la cabina:
Alla fine ho collegato l'aria compressa ed ho provato il tutto, il risultato si può vedere su:
http://www.youtube.com/watch?v=XHawAQhZ404
L'aria compressa usata per azionare i comandi della gru viene fornita dal compressore Westinghouse.
L'aria compressa esterna aziona quello che azionerebbe il vapore prodotto dalla caldaia, cioè i due motori posti ai due lati ed il motore
del compressore Westinghouse.
14 Agosto 2012
Il lavoro è proseguito con la verniciatura del carro e della cabina e la successiva applicazione delle scritte e dei numeri.
La parte superiore comprendente tutta la meccanica ed il braccio è stata poi assemblata al carro.
Con l'aria compressa ho potuto ora provare tutti i comandi, compresi quelli di rotazione della parte meccanica superiore e di traslazione del carro.
L'esito è stato positivo, tranne che per la rotazione e la traslazione ad alta velocità che probabilmente hanno bisogno di essere rodati; la
rotazione e la traslazione a velocità ridotta non hanno alcun problema e finalmente ho potuto vedere la gru tutta in funzione!
Ecco alcune foto del lato destro. La seconda foto mostra le travi telescopiche laterali estese e la terza un particolare di uno dei due carrelli.
Altre due viste del lato destro:
Due viste del lato sinistro:
Ed ora alcune foto con la cabina montata.
Cominciamo col lato destro:
Due immagini del retro:
Tre foto del lato sinistro:
Una foto poi dell'insieme del macchinario visto dall'alto:
Ed infine una mia foto ricordo di una giornata emozionante:
Con tutto questo posso dire che il lavoro è terminato. Manca ancora la prova finale di accensione della caldaia con il collaudo a vapore vivo,
ma c'è il rischio che la polvere di carbone entri nei delicati meccanismi compromettendo il corretto funzionamento (il modello è in scala ridotta, ma la
polvere di carbone no!).