Re: Bygga en halvautomatisk, RF-styrd, vägbom
Postat: 4 oktober 2014, 07:36:29
I synnerhet när man bygger saker som andra kan utsättas för så ska man inte pruta på säkerheten utan den ska vara med i tidigt i designen.
För att poägntera allvaret, även om bommen är på privat och inhängnad mark, så kan man råka illa ut om någon utomstående kan klämma sej i mekanismen eller köra in i den i mörkret om den är dåligt utmärkt. En händelse som jag känner väl till är där markägaren blev dömd tiill dryga skadestånd då en crossåkare kört in i den rostiga kedja han spänt tvärs över sin skogsväg. Kedjan hängde 50 cm över marken och var försedd med en bil-varningstriangel, fast inte vänd åt skogen som crossåkaren kom från. Han hade inte en chans i skymningen att se kedjan. Först tog kedjan framskärmen sedan studsade kedjan upp över motorcykeln och tog föraren i halsen. Luftstrupen slets av och blockerades. Tur i oturen så kom killen till lasarettet på 10 minuter. Livslångt handikapp men överlevde.
Har gjort en vägbom till en bekant en gång för länge sedan. Behovet av bommen hade uppkommit plötsligt och den skulle vara i funktion till måndagen och detta var fredag kväll, dvs ingen tid att beställa saker.
I stort var nog dess funktion ungefär som det TS vill göra, så här kommer hela receptet.
Planen var en väl synlig bom,målad och fällbar typ järnvägsbom och försedd med reflexer, i synnerhet eftersom den kunde vara fälld även nattetid. I värsta fall skulle den manövreras mha en grind-pojk den första tiden tills man lyckats lösa det med kraftförsörjning och automatik. Designen skulle vara så kraftig att den skulle erbjuda visst motstånd vid handpåläggnng men det skulle var möjligt att manuellt kunna öppna bommen vid nödfall.
Först iden var att "låna" vevbar bom från ett nerlagt järnvägsspår men bommen visade sej redan vara borttagen.
Bommen behövde vara 6 meter lång plus 1 meter bakhäng och några decimeter för en bom-klyka. Testade med aluminiumrör från en TV-mast men det såg illa ut då den hängde som en banan och såg klen ut som bom.
Det blev att köra till Micro i Gislaved och köpa två-tums avgasrör för bommens framdel och bakre delen blev ett grövre järnrör. På bakhänget skulle motvikter bestående av järnvägräls kunda fästas på ett justerbart sätt för bästa balans när bommen både var öppen och fälld så där behövdes något stadigare.
Underkörningsskydd i form av oranga snö-stakar som "lånades" någonstans. Fällmekanismen skulle göras momentbegränsad så att inte något skulle vrida sönder sej om t.ex. en bil hindrade stängningen.
Då den som öppnade bommen också ansvarade för att den blev stängd behövdes två hastigheter för att väntan inte skulle bli för lång. Långsamt nära ändlägena för att minska mekaniska vridet och snabbare däremellan. En så lång bom får rätt kraftigt vridmoment när man väl fått fart på den så någon form av inbromsning behövs om inte bommen ska studsa halvägs tillbaka när den når ändläget.
Vndrutetorkarmotor med snäckväxel från skrotbil har fått agera kratkälla till många av mina projekt. Helst en riktigt gammal där krondrevet inte är i plast. Plast-dreven klarar inga nämnvärda smällar innan det börjar rappa över.
Torkarmotorn fästes på en Volvo 140 domkraft för att få linjär rörelse. Domkraftens lyftpinne ersattes med en drygt meterlång fyrkantprofil och försågs med styrningar svetsade på domkraften så att skruven i domkraften inte skulle kunna belastas snett. Profilen fästes i andra änden direkt på bommen via en gummilagring från stötdämpare på bil för att inte det skulle dämpa mekaniska smällar på domkraften likväl som att det gav utrymme för att hålla bommen med visst förspänn i ändlägena, där det annars lätt blev lite svängningar när bommen bromsades.
Som ytterligare skydd av mekaniken men även av folk som kunde tänkas bli klämda av bommen så överfördes kraften mellan motor och domkraft via två större planbrickor som spännde mot varandra som slirkoppling. Den ena planbrickans axel var en lång bult med mutter och ventilfjäder innanför brickan så det var enkelt att justera trycket. Slirkoppling fick även ta hand om att axlarna inte stod 100% mitt för varandra.
Några plåtbitar svetsades på domkraften för 3 mikrobrytare, två för ändlägena och ett för när bommen skulle skifta fart. Den senare brytaren var försedd med ca 30 cm pianotråd, som kände av om domkraften var i högfarts-området.
Torkarmotorn var redan försedd med två hastigheter så där behövdes ingen logik, och just det, det var alltså inte en torkarmotor med intern mekanik som bara vevar fram och tillbaka utan en som fungerande i bägge riktningarna och som inte hade större utväxling på snäckväxeln utan det gick tvångsvrida på utgående axel och motorn roterade med.
Underkörningsskyddet hängde i typ grövre persienn-snörren där ena änden spännde mot en mikrobrytare. Slaknade linan öppnade mikrobrytaren och nödstoppades bommen. Det hände mer än en gång att bilar blev ståendes under bommen och då var det bra att bommen inte gjorde cab av bilarna utan stannade i god tid, tills bilen flyttade sej. Denna brytare var monterad inuti bomröret för att vara väl skyddat för folk och isbildning mm.
Ett bistabilt hel/halv-ljus-relä agerade minne så att bommens gick åt rätt håll även vid återstarter halvvägs samt ytterligare ett hållrelä startade det hela när det kommit en aktiverings-signal från radio-mottagaren. Via detta reläs självhåll var även nödstoppet och underkörnings-skyddet serie-kopplat så att det direkt bröt torkarmotorn. Det var i princip hela styrlogiken. Som säkring användes en bimetallssäkring, som gav spänning till motor och självhålls-relä. Ifall något skulle hänga upp sej halvvägs steg temperaturen i bimetallen och termostaten bröt och skyddade det motorn och slirkopplingen. Det fungade bra men bimetallen bröt för fort om solen stekte lådan, så att bommen slog ifrån innan den öppnat helt, men den kom igen efter en stund och körde då bommen sista biten. När motorn åter fick ström gick den sedan tills någon av ändlägena på domkraften bröt självhållet samt ställde om riktningen på växlingsrelät. Samtidigt som ändlägets strömbrytare växlar och bryter självhållet ger den istället ström till växlingsrelät och även till motorn så när motorn nått ändläge vänder den direkt och går åt andra hållet, fast bara ytterst lite tills ändläget släpper igen. Det gör att det inte längre ligger spänning på växlingsreläets spole och även om riktningslogiken skulle komma ur fas så att bommen nästa gång går igång i fel riktning så korrigeras det automatiskt omedelbart då det aktiverar ändläget på nytt. Hög och lågfarten behöver ingen logikstyrning. Växling av fartlägena skedde när bommen var ca 30 cm från ändläget då lågfarten lagom bromsade ned farten på den sträckan. Använde även lågfarten när bommen startade.
Hade tanken på någon form av excenterdrivning så att man även mekaniskt mjukat upp start och inbromsning, men det blev inte tid till det.
En domkraft för bil kan verka överdrivet, men min dimensionering var att jag ute i änden på bommen behövde ha både tryck och dragkraft på minst 5 kg för stabil funktion. Axelkrafterna där bommen vrids blir då rätt stora (tänk 6 meter vridarm) Om ditt servos arm är en hundradel så lång, 6 cm , så behöver det kunna lyfta 500 kg ute på änden av armen, förutom de dynamiska krafterna som är minst lika stora, så det går åt en rätt rejäl servoarm. Modellbyggar-servo i plast kommer vridas till småflis om de direktkopplas till bommen oavsett horisontal eller vertikal bom. För min bom var det även vanligt att cyklister gärna hängde på bommen när den skulle öppnas eller till och med ryckte i den. Då var det slirkopplingen som fick slira tills extralasten försvunnet för att inte slita sönder något mekaniskt.
Dessa krafterna har inget att göra med om bommen är balanserad eller inte. Även lite vind kan ge bra påkänningar så dimensionera axlar, kugghjul och lagringar efter vad du vill att den ska tåla.
För lagring av bommen svetsades två framhjulslager fast i en rejäl I-balk där ett utrymme för att ha bommen emellan, skurits upp. Balken bankades ner en meter i marken. Domkraftpaketet bultades inuti balken och försågs med väderskyddand låda som även rymde en 27 MHz radio-mottagare (kasserad walki-talki) samt ett bil-batteri. Batteriet fick inte rum i balken så det fick bli en utbuktning på ytter-lådan.
Då det skulle gå åt en hel del slit och släng sändare så de försökte jag göra så enkla som möjligt. Brevbäraren skulle ha egen sändare, mjölkbilen. taxi och hemtjänst och minst 20 privata bilar samt några i reserv.
Radiosändaren blev en enda krets, en 74F14 samt en sändkristall. Detta utgjorde ett två-tons selektiv samt AM-sändare. 74F14 är en hex smith inverterare. Två grindar för ton-oscillatorerna, enkla RC-kretsar, en för kristalloscillator, en mixer för alla tre oscillatorena via dioder för signal-oscillatoerna och kondensator från kristaloscillatorn vidare till buffer och antenndrivare. Om jag kommer ihåg rätt så blev det inte ens ett kretskort utan komponeterna löddes direkt på TTL-benen.
Antenn var valfri trådstump, då räckvidden inte behövde vara mer än max 50 meter. TTL-kretsen vill ha 5 Volt, men för att klara vad som helst mellan 5 och 15 Volt, blev det ett seriemotstånd på ca 100 Ohm till Vcc och en 10nF cap för stabilisering. Ingen risk för överhettning då kretsen normalt bara aktiverades någon sekund.
På bilarna kopplades dessa sändare in på ljus-tutan. Det var på den tiden när detta var lätthittad kabel i varje bils motorrum, utan att ens kika på elschemat. Samma signal användes för både öppning och stängning.
Man ville ju ha lite kapsling så att kretsen hade en chans att överleva i motorrummet, så det blev en raid till bilskroten och plocka små fyrkantiga standard-relän. Dessa rensades på innehåll och fick en TTL-krets inplanterad. Plus, jord och antenn anslöts. Antennen var en meter tråd som dinglade fritt.
Gjorde även ett antal handenheter, små plastdosor med tryckknapp och färdigt fack för 9 Volt batteri inköptes för ändamålet.
Bommen öppnades ca 20 ggr per dag. Den vara bara planerad att användas i några månader så ett ordinärt bilbatteri skiftades en gång i månaden i några månader, sedan tröttnade man och valde att dra fram 220 Volt för underhållsladdning och bommen blev kvar i 10 år.
I dag hade kanske solcells-laddning varit möjligt alternativ men då ökar kostnaden för bommen ordentligt. Själva mekaniken till min bom samt elektrisk koppling kostade inget utom arbete samt en skrotad Volvo som fick släppa till mesta materialet, även batteriet.
Slapp banka ned I-balken då en bekant med pålaggregat fixade det. En sak fattas, och det är att bommen måste vila mot något i nedfällt läge, men det stod redan en tele-stolpe på platsen, så det löste sej lätt med en järnklyka. Den gjordes låsbar med hänglås men användes aldrig.
Ett designproblem var slirkopplingen som jag fick ändra ett antal gånger för att få rätta hållbara slir-egenskaperna, då många gärna ville stress-testa bommen så fick den slita en del och även väder påverkade slirgraden. Fyrkantprofilen som stack upp från styrlådan försågs i efterhand med en gummibälg så att det inte gick stoppa in fingrar i springan. Den vev-domkraft jag använde fick förses med ett extra stödlager då den inte var avsedd för omvända belastningen, dvs att något drog i den uppåt. Utan stödlagret gick det rycka ut hela innanmätet med rätt måttlig kraft.
Allt rörligt smörjdes in rikligt med utombordar-fett då saker som står ute har en förmåga att kärva med tiden.
Nu verkar din bom bli betydligt kortare, så påkänningarna blir kanske inte lika hårda och man kan klara sej med klenare material.
Min bom var enligt konceptet att man tar vad man har. Med lite mer planeringstid hade säkert mycket kunnat göras bättre och det kan nog vara vettigt att låta en MCU sköta logiken, men när denna bom byggdes var TTL häftigt nog och växlingsrelät i form av 1 bit minne var allt som behövdes.
Rekommenderar inte att bygga mina radio-sändaren, som även om de var svaga, säkert skräpade ner mer än 27 MHz-bandet. Det hade senare funnits tid att förbättra, men när en junk-lösningen fungerar har det en tendens att bli permanent lösning.
För att poägntera allvaret, även om bommen är på privat och inhängnad mark, så kan man råka illa ut om någon utomstående kan klämma sej i mekanismen eller köra in i den i mörkret om den är dåligt utmärkt. En händelse som jag känner väl till är där markägaren blev dömd tiill dryga skadestånd då en crossåkare kört in i den rostiga kedja han spänt tvärs över sin skogsväg. Kedjan hängde 50 cm över marken och var försedd med en bil-varningstriangel, fast inte vänd åt skogen som crossåkaren kom från. Han hade inte en chans i skymningen att se kedjan. Först tog kedjan framskärmen sedan studsade kedjan upp över motorcykeln och tog föraren i halsen. Luftstrupen slets av och blockerades. Tur i oturen så kom killen till lasarettet på 10 minuter. Livslångt handikapp men överlevde.
Har gjort en vägbom till en bekant en gång för länge sedan. Behovet av bommen hade uppkommit plötsligt och den skulle vara i funktion till måndagen och detta var fredag kväll, dvs ingen tid att beställa saker.
I stort var nog dess funktion ungefär som det TS vill göra, så här kommer hela receptet.
Planen var en väl synlig bom,målad och fällbar typ järnvägsbom och försedd med reflexer, i synnerhet eftersom den kunde vara fälld även nattetid. I värsta fall skulle den manövreras mha en grind-pojk den första tiden tills man lyckats lösa det med kraftförsörjning och automatik. Designen skulle vara så kraftig att den skulle erbjuda visst motstånd vid handpåläggnng men det skulle var möjligt att manuellt kunna öppna bommen vid nödfall.
Först iden var att "låna" vevbar bom från ett nerlagt järnvägsspår men bommen visade sej redan vara borttagen.
Bommen behövde vara 6 meter lång plus 1 meter bakhäng och några decimeter för en bom-klyka. Testade med aluminiumrör från en TV-mast men det såg illa ut då den hängde som en banan och såg klen ut som bom.
Det blev att köra till Micro i Gislaved och köpa två-tums avgasrör för bommens framdel och bakre delen blev ett grövre järnrör. På bakhänget skulle motvikter bestående av järnvägräls kunda fästas på ett justerbart sätt för bästa balans när bommen både var öppen och fälld så där behövdes något stadigare.
Underkörningsskydd i form av oranga snö-stakar som "lånades" någonstans. Fällmekanismen skulle göras momentbegränsad så att inte något skulle vrida sönder sej om t.ex. en bil hindrade stängningen.
Då den som öppnade bommen också ansvarade för att den blev stängd behövdes två hastigheter för att väntan inte skulle bli för lång. Långsamt nära ändlägena för att minska mekaniska vridet och snabbare däremellan. En så lång bom får rätt kraftigt vridmoment när man väl fått fart på den så någon form av inbromsning behövs om inte bommen ska studsa halvägs tillbaka när den når ändläget.
Vndrutetorkarmotor med snäckväxel från skrotbil har fått agera kratkälla till många av mina projekt. Helst en riktigt gammal där krondrevet inte är i plast. Plast-dreven klarar inga nämnvärda smällar innan det börjar rappa över.
Torkarmotorn fästes på en Volvo 140 domkraft för att få linjär rörelse. Domkraftens lyftpinne ersattes med en drygt meterlång fyrkantprofil och försågs med styrningar svetsade på domkraften så att skruven i domkraften inte skulle kunna belastas snett. Profilen fästes i andra änden direkt på bommen via en gummilagring från stötdämpare på bil för att inte det skulle dämpa mekaniska smällar på domkraften likväl som att det gav utrymme för att hålla bommen med visst förspänn i ändlägena, där det annars lätt blev lite svängningar när bommen bromsades.
Som ytterligare skydd av mekaniken men även av folk som kunde tänkas bli klämda av bommen så överfördes kraften mellan motor och domkraft via två större planbrickor som spännde mot varandra som slirkoppling. Den ena planbrickans axel var en lång bult med mutter och ventilfjäder innanför brickan så det var enkelt att justera trycket. Slirkoppling fick även ta hand om att axlarna inte stod 100% mitt för varandra.
Några plåtbitar svetsades på domkraften för 3 mikrobrytare, två för ändlägena och ett för när bommen skulle skifta fart. Den senare brytaren var försedd med ca 30 cm pianotråd, som kände av om domkraften var i högfarts-området.
Torkarmotorn var redan försedd med två hastigheter så där behövdes ingen logik, och just det, det var alltså inte en torkarmotor med intern mekanik som bara vevar fram och tillbaka utan en som fungerande i bägge riktningarna och som inte hade större utväxling på snäckväxeln utan det gick tvångsvrida på utgående axel och motorn roterade med.
Underkörningsskyddet hängde i typ grövre persienn-snörren där ena änden spännde mot en mikrobrytare. Slaknade linan öppnade mikrobrytaren och nödstoppades bommen. Det hände mer än en gång att bilar blev ståendes under bommen och då var det bra att bommen inte gjorde cab av bilarna utan stannade i god tid, tills bilen flyttade sej. Denna brytare var monterad inuti bomröret för att vara väl skyddat för folk och isbildning mm.
Ett bistabilt hel/halv-ljus-relä agerade minne så att bommens gick åt rätt håll även vid återstarter halvvägs samt ytterligare ett hållrelä startade det hela när det kommit en aktiverings-signal från radio-mottagaren. Via detta reläs självhåll var även nödstoppet och underkörnings-skyddet serie-kopplat så att det direkt bröt torkarmotorn. Det var i princip hela styrlogiken. Som säkring användes en bimetallssäkring, som gav spänning till motor och självhålls-relä. Ifall något skulle hänga upp sej halvvägs steg temperaturen i bimetallen och termostaten bröt och skyddade det motorn och slirkopplingen. Det fungade bra men bimetallen bröt för fort om solen stekte lådan, så att bommen slog ifrån innan den öppnat helt, men den kom igen efter en stund och körde då bommen sista biten. När motorn åter fick ström gick den sedan tills någon av ändlägena på domkraften bröt självhållet samt ställde om riktningen på växlingsrelät. Samtidigt som ändlägets strömbrytare växlar och bryter självhållet ger den istället ström till växlingsrelät och även till motorn så när motorn nått ändläge vänder den direkt och går åt andra hållet, fast bara ytterst lite tills ändläget släpper igen. Det gör att det inte längre ligger spänning på växlingsreläets spole och även om riktningslogiken skulle komma ur fas så att bommen nästa gång går igång i fel riktning så korrigeras det automatiskt omedelbart då det aktiverar ändläget på nytt. Hög och lågfarten behöver ingen logikstyrning. Växling av fartlägena skedde när bommen var ca 30 cm från ändläget då lågfarten lagom bromsade ned farten på den sträckan. Använde även lågfarten när bommen startade.
Hade tanken på någon form av excenterdrivning så att man även mekaniskt mjukat upp start och inbromsning, men det blev inte tid till det.
En domkraft för bil kan verka överdrivet, men min dimensionering var att jag ute i änden på bommen behövde ha både tryck och dragkraft på minst 5 kg för stabil funktion. Axelkrafterna där bommen vrids blir då rätt stora (tänk 6 meter vridarm) Om ditt servos arm är en hundradel så lång, 6 cm , så behöver det kunna lyfta 500 kg ute på änden av armen, förutom de dynamiska krafterna som är minst lika stora, så det går åt en rätt rejäl servoarm. Modellbyggar-servo i plast kommer vridas till småflis om de direktkopplas till bommen oavsett horisontal eller vertikal bom. För min bom var det även vanligt att cyklister gärna hängde på bommen när den skulle öppnas eller till och med ryckte i den. Då var det slirkopplingen som fick slira tills extralasten försvunnet för att inte slita sönder något mekaniskt.
Dessa krafterna har inget att göra med om bommen är balanserad eller inte. Även lite vind kan ge bra påkänningar så dimensionera axlar, kugghjul och lagringar efter vad du vill att den ska tåla.
För lagring av bommen svetsades två framhjulslager fast i en rejäl I-balk där ett utrymme för att ha bommen emellan, skurits upp. Balken bankades ner en meter i marken. Domkraftpaketet bultades inuti balken och försågs med väderskyddand låda som även rymde en 27 MHz radio-mottagare (kasserad walki-talki) samt ett bil-batteri. Batteriet fick inte rum i balken så det fick bli en utbuktning på ytter-lådan.
Då det skulle gå åt en hel del slit och släng sändare så de försökte jag göra så enkla som möjligt. Brevbäraren skulle ha egen sändare, mjölkbilen. taxi och hemtjänst och minst 20 privata bilar samt några i reserv.
Radiosändaren blev en enda krets, en 74F14 samt en sändkristall. Detta utgjorde ett två-tons selektiv samt AM-sändare. 74F14 är en hex smith inverterare. Två grindar för ton-oscillatorerna, enkla RC-kretsar, en för kristalloscillator, en mixer för alla tre oscillatorena via dioder för signal-oscillatoerna och kondensator från kristaloscillatorn vidare till buffer och antenndrivare. Om jag kommer ihåg rätt så blev det inte ens ett kretskort utan komponeterna löddes direkt på TTL-benen.
Antenn var valfri trådstump, då räckvidden inte behövde vara mer än max 50 meter. TTL-kretsen vill ha 5 Volt, men för att klara vad som helst mellan 5 och 15 Volt, blev det ett seriemotstånd på ca 100 Ohm till Vcc och en 10nF cap för stabilisering. Ingen risk för överhettning då kretsen normalt bara aktiverades någon sekund.
På bilarna kopplades dessa sändare in på ljus-tutan. Det var på den tiden när detta var lätthittad kabel i varje bils motorrum, utan att ens kika på elschemat. Samma signal användes för både öppning och stängning.
Man ville ju ha lite kapsling så att kretsen hade en chans att överleva i motorrummet, så det blev en raid till bilskroten och plocka små fyrkantiga standard-relän. Dessa rensades på innehåll och fick en TTL-krets inplanterad. Plus, jord och antenn anslöts. Antennen var en meter tråd som dinglade fritt.
Gjorde även ett antal handenheter, små plastdosor med tryckknapp och färdigt fack för 9 Volt batteri inköptes för ändamålet.
Bommen öppnades ca 20 ggr per dag. Den vara bara planerad att användas i några månader så ett ordinärt bilbatteri skiftades en gång i månaden i några månader, sedan tröttnade man och valde att dra fram 220 Volt för underhållsladdning och bommen blev kvar i 10 år.
I dag hade kanske solcells-laddning varit möjligt alternativ men då ökar kostnaden för bommen ordentligt. Själva mekaniken till min bom samt elektrisk koppling kostade inget utom arbete samt en skrotad Volvo som fick släppa till mesta materialet, även batteriet.
Slapp banka ned I-balken då en bekant med pålaggregat fixade det. En sak fattas, och det är att bommen måste vila mot något i nedfällt läge, men det stod redan en tele-stolpe på platsen, så det löste sej lätt med en järnklyka. Den gjordes låsbar med hänglås men användes aldrig.
Ett designproblem var slirkopplingen som jag fick ändra ett antal gånger för att få rätta hållbara slir-egenskaperna, då många gärna ville stress-testa bommen så fick den slita en del och även väder påverkade slirgraden. Fyrkantprofilen som stack upp från styrlådan försågs i efterhand med en gummibälg så att det inte gick stoppa in fingrar i springan. Den vev-domkraft jag använde fick förses med ett extra stödlager då den inte var avsedd för omvända belastningen, dvs att något drog i den uppåt. Utan stödlagret gick det rycka ut hela innanmätet med rätt måttlig kraft.
Allt rörligt smörjdes in rikligt med utombordar-fett då saker som står ute har en förmåga att kärva med tiden.
Nu verkar din bom bli betydligt kortare, så påkänningarna blir kanske inte lika hårda och man kan klara sej med klenare material.
Min bom var enligt konceptet att man tar vad man har. Med lite mer planeringstid hade säkert mycket kunnat göras bättre och det kan nog vara vettigt att låta en MCU sköta logiken, men när denna bom byggdes var TTL häftigt nog och växlingsrelät i form av 1 bit minne var allt som behövdes.
Rekommenderar inte att bygga mina radio-sändaren, som även om de var svaga, säkert skräpade ner mer än 27 MHz-bandet. Det hade senare funnits tid att förbättra, men när en junk-lösningen fungerar har det en tendens att bli permanent lösning.