Deviatoio

Funzionamento del deviatoio

Deviatoio manuale

Ci sono molti scambi nelle stazioni grandi.

Il deviatoio, detto anche scambio, è un dispositivo ferroviario atto a deviare la corsa di un treno portandola da un binario ad un altro.

I deviatoi, in base al loro azionamento, possono essere manuali o servoassistiti, ad azionamento idraulico, elettromeccanico o oleodinamico.

Generalità

Deviatoi con azionamento manuale

Sono azionati dall'uomo per mezzo della sua forza muscolare. Di solito si avvalgono di congegni meccanici elementari quali contrappesi e leve che ne facilitano la manovra. Tali congegni sono detti "macachi", agevolano gli sforzi fisici dei deviatori e mantengono pressato in posizione l'ago dello scambio. Gli scambi o deviatoi manuali sono solitamente percorribili da treni a velocità non superiori ai 30 km/h.

Deviatoi con azionamento a filo

Leve per l'azionamento a filo di deviatoi e segnali ferroviari.

Deviatoi con azionamento elettromeccanico

I deviatoi con azionamento elettromeccanico sono costituiti da una CASSA DI MANOVRA elettrica in gradi di trascinare gli AGHI del deviatoio. Detta cassa è dotata di TIRANTI che in un deviatoio semplice (a 2 aghi) sono 4, dei quali 2 di manovra e 2 di controllo. Viceversa, nei deviatoi inglesi (4 aghi) abbiamo 2 tiranti di manovra (in grado di trascinare i 4 aghi grazie ad un particolare bilanciere di unione) e da 4 tiranti di controllo, per verificare la corretta posizione di ogni ago. Va precisato che le norme di sicurezza in uso nelle FS prevedono che l'ago accosto abbia un "agio" massimo rispetto al contrago di 2mm e che la cassa perda il controllo di posizione dai 3mm in poi. L'ago discosto deve invece essere lontano dal contrago di 150mm. Queste norme evitano lo SVIO dei rotabili al transito. La CASSA DI MANOVRA è fissata al deviatoio mediante 2 zatteroni (perpendicolari al binario e ad esso connessi con viti) e da 2 zatterini trasversali, sui quali è imbullonata la cassa. La tiranteria è composta da una serie di aste cilindriche in acciaio e da una serie di collegamenti a snodo che, attraverso le cosiddette ZAMPE, vengono fissate agli aghi, tra la prima e la seconda traversa a partire dalla PUNTA del deviatoio. Dette ZAMPE sono fissate con 2 viti cadauna e tra esse e gli aghi sono presenti gli SPESSORI, ovvero lamierini di 1 mm di spessore che consentono la regolazione della manovra e dei controlli per garantire il rispetto delle norme di sicurezza. Esistono anche casse si manovra in traversa (MET - Manovra Elettrica Traversa), ovvero costituite da una falsa traversa in grado di contenere tutte le parti meccaniche ed elettriche necessarie, evitando i lunghi tiranti di cui invece devono essere dotate le casse di manovra installate fuori dal deviatoio. In questo caso i tiranti sono costituiti da 4 semplici parallelepipedi verticali che fuoriescono dalla cassa e, attraverso le zampe, azionano e controllano gli aghi. Non esistono MET per i deviatoi inglesi in quanto tali deviatoi sono proibiti per l'alta velocità, ambito per il quale è stata progettata la MET. Le CASSE DI MANOVRA sono costituite da un motore alimentato a 144 Vcc in grado, attraverso riduttori meccanici, di azionare i tiranti di manovra. Una volta raggiunta la posizione voluta (deviatoio NORMALE o ROVESCIO) interviene il cosiddetto fermascambio, contenuto nella cassa e in grado di bloccare i tiranti di controllo (e quindi gli aghi) nella posizione voluta. Nel contempo viene sentita attraverso contatti elettrici, anch'essi contenuti nella cassa, la corretta posizione dei tiranti di controllo consentendo, attraverso un circuito di controllo a 48 Vcc, di verificare sia la posizione del deviatoio (normale o rovescio) che la corretta distanza tra aghi e contraghi. Questo permette l'apertura del segnale, a protezione dell'itinerario che il treno andrà ad impegnare e nel quale incontrerà il deviatoio stesso. Nel caso il deviatoio venga percorso DI PUNTA (vedi in basso) interviene anche un elettromagnete che blocca meccanicamente la cassa di manovra: Sono sporadicamente utilizzate anche casse oleodinamiche (SO) in cui l'azionamento degli aghi non avviene per manovra di un motore ma grazie a una serie di martinetti idraulici azionati a loro volta da una pompa contenuta nella cassa stessa. Le casse in uso in FS sono molteplici e si caratterizzano per il tipo di armamento su cui andranno montate (casse L88, L90 per gli armamenti leggeri e P80, SE92, SO, MET per l'armamento 60) e per la velocità della linea (es. velocità max per P80=180 Km/h, MET 250 Km/h).

Deviatoi con azionamento oleodinamico

Sono i più moderni. Azionati da una serie di bracci espandibili, il cui moto è regolato dalla variazione di pressione di una sostanza oleosa, sono di solito applicati su linee ad alta velocità, o linee ad elevato traffico, o comunque linee dove per varie esigenze sia necessario che i treni percorrano le deviate a velocità particolarmente elevate. Per la loro estrema versatilità e qualità, nonché per l'elevato raggio di curvatura del ramo deviato, sono a seconda dei modelli in grado di sostenere treni in corsa a velocità di 100 km/h, 160 km/h o 220 km/h in piena sicurezza.

Tipi di deviatoi

Serie di deviatoi inglesi doppi

I deviatoi sono di vario tipo: semplice, doppio, inglese, ecc. e possono essere con cuore a punta fissa o mobile (questi ultimi per alta velocità).

Deviatoi doppi

I deviatoi semplici sono due deviatoi (uno destro e uno sinistro) uno dietro l'altro, parzialmente compenetrati per risparmiare spazio: l'ago del secondo deviatoio viene a trovarsi tra l'ago e il cuore del primo.

Deviatoi tripli

Simili ai doppi, sono sempre due deviatoi (destro e sinistro) compenetrati, ma questa volta totalmente: gli aghi vengono a trovarsi alla stessa altezza. I deviatoi tripli, per via del ridotto ingombro, trovano applicazione nei depositi e sulle navi traghetto.

Deviatoio inglese

Il deviatoio inglese consiste in una intersezione di due binari dritti e degli aghi che permettono di percorrere oltre ai binari dritti anche le curve che mettono in comunicazione gli angoli ottusi. Esistono tre tipi di deviatoi inglesi: semplice, doppio e ad aghi esterni (anche se in Italia sono presenti solo due tipi). I deviatoi semplici differiscono da quelli doppi perché presentano una sola "curva".

Caratteristiche costruttive

Struttura di un deviatoio

Un deviatoio è formato da diverse componenti complesse, le quali comunque possono dividersi in due macrocategorie:

• Componenti fisse;
• Componenti mobili che sono costituite dai due aghi, destro e sinistro, che vengono tenuti a distanza fissa da una barra scorrevole. Lo scorrimento di questa barra permette di spostare gli aghi da una posizione all'altra, delle quali una permette il transito sul corretto tracciato, e l'altra sul ramo deviato. In particolare gli aghi posizionati come in figura permettono il passaggio sul ramo deviato. Per permettere il passaggio della ruota ferroviaria col suo bordino attraverso il cuore è necessaria un'area, in corrispondenza del cuore stesso, in cui manca la rotaia e di conseguenza il punto d'appoggio per la ruota. Tale area è penalizzante per la stabilità del veicolo ferroviario, e viene per questo denominata zona nociva. Per questo motivo in corrispondenza della zona nociva sono previste delle controrotaie, che minimizzano il rischio di svio (deragliamento) del veicolo ferroviario. Va anche detto che ormai la quasi totalità dei veicoli ferroviari è provvista di carrelli, ciascuno dei quali con quattro ruote e due assi, per cui in realtà vi è una mancanza di un punto d'appoggio su quattro e il rischio di svio è effettivamente quasi nullo.

La parte dei due aghi vicina al cuore viene inoltre denominata tallone, mentre per ovvi motivi la parte opposta prende il nome di punta. Da queste due nomenclature sono poi nate di conseguenza le espressioni "prendere il deviatoio di punta" (cioè guardando la figura percorrere il deviatoio da sinistra a destra), e "prendere il deviatoio di tallone" (da destra a sinistra). È facile intuire come la velocità con la quale può essere percorso il ramo deviato dipenda anche dal raggio della curva corrispondente. All'aumentare di questo raggio accade che l'angolo in corrispondenza del cuore, formato dalle due rotaie interne, diventa sempre più piccolo. La conseguenza di questo è che, all'aumentare del raggio, la lunghezza della zona nociva aumenta sempre di più, a scapito della sicurezza. Nei deviatoi ad alta velocità (160 e 220 km/h) si è quindi previsto un meccanismo di cuore mobile, sostanzialmente simile come principio al meccanismo presente nei due aghi. In questo modo la zona nociva sparisce completamente a vantaggio della sicurezza e del comfort di marcia, rendendo non necessario l'utilizzo di controrotaie.

Sicurezza

Una caratteristica che accomuna tutte le tipologie di scambi è quella relativa alla sicurezza nella circolazione dei treni: a tale scopo ogni deviatoio, di qualunque genere, che sia posto su un binario di circolazione deve essere munito di appositi dispositivi di bloccaggio nella posizione voluta che ne impediscano il cambiamento mentre è in arrivo o in transito un qualunque convoglio ferroviario.

I dispositivi di bloccaggio possono essere meccanici, per mezzo di chiavi numerate che permettano l'azionamento a via libera dei segnali solo dopo l'assicuramento deciso e bloccato nella posizione voluta del deviatoio. Oppure del tipo a chiave elettrica realizzata per mezzo di un collegamento elettrico di posizione, con elettromagneti di bloccaggio, la cui effettiva disposizione permetta il consenso all'azionamento a via libera dei segnali collegati solo se lo scambio è assicurato fermamente nella posizione voluta.

Geometria dei deviatoi FS

Rotaia	Raggio	Tg	Cuore	Lunghezza	Velocità
S 50 UNI	170	0,12	Retto	23,99	30
S 50 UNI	245	0,10	Retto	30,29	30
S 60 UNI	170	0,12	Retto	25,082	30
S 60 UNI	250	0,12	Curvo	29,836	30
S 60 UNI	400	0,074	Retto	39,083	60
S 60 UNI	400	0,094	Curvo	38,02	60
S 60 UNI	1 200	0,040	Retto	73,668	100
S 60 UNI	1 200	0,055	Curvo	69,000	100
S 60 UNI	3 000	0,022	Retto	132,000	160
S 60 UNI	3 000	0,034	Curvo	109,83	160

Un deviatoio in genere viene identificato univocamente attraverso due parametri: il primo è il raggio di curvatura R del ramo deviato, il secondo è la tangente dell'angolo β formato dagli assi dei due rami deviati, come illustrato in figura. A parità di raggi di curvatura possono infatti esistere tangenti diverse, al variare della lunghezza del tratto in curva. Quest'ultimo può concludersi, a seconda delle tipologie di deviatoio, indifferentemente prima o dopo il cuore, per cui possono esistere deviatoi a cuore curvo o cuore retto. Ciascun deviatoio viene identificato con una nomenclatura del tipo:

S 60 UNI / 400 / 0,094

S indica uno scambio semplice; 60 UNI identifica il tipo di rotaia, che ha un peso lineare di 60 kg al metro. Attualmente vengono utilizzate quasi solo rotaie 60 UNI, qualche linea secondaria ha ancora rotaie 50 UNI. 400 corrisponde al raggio di curvatura del ramo deviato, mentre 0.094 è la tangente dell'angolo di deviata. I deviatoi più comuni in uso nella rete FS sono riportati nella tabella a lato.

Le velocità massime ammesse sul ramo deviato sono commisurate al suo raggio di curvatura, e sono dimensionate in modo da prevedere un'accelerazione laterale sul veicolo di circa 0.65m/s². Fanno eccezione le deviate da 400 metri di raggio, dove l'accelerazione laterale raggiunge quasi il valore di 0.7m/s². La ragione di questa eccezione è essenzialmente storico/progettuale: progettare un deviatoio con un'accelerazione minore avrebbe richiesto raggi maggiori, e questo avrebbe creato delle difficoltà nell'inserimento di queste deviate in uno scenario esistente. La sicurezza viene comunque salvaguardata: per lo svio di un veicolo sarebbero necessarie accelerazioni laterali ben maggiori, mentre i limiti esistenti sono fissati essenzialmente per il comfort dei passeggeri.

Bibliografia

• Ministero dei Trasporti Ferrovie dello Stato, Veicoli ed impianti, Pisa, Tip.editrice Giardini, 1963.
• Lucio Mayer, Impianti ferroviari. Tecnica ed esercizio, 3. ed. a cura di Pier Luigi Guida, Eugenio Milizia, Roma, Collegio Ingegneri Ferroviari Italiani, 2003.
• Ministero dei Trasporti Ferrovie dello Stato, Istruzione per il servizio dei deviatori, Firenze, Stabilimento Pisa e Lampronti, 1922.

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Collegamenti esterni

• Sito:segnali FS

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