Аппаратура рельсовых цепей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Темы лекционных занятий

1. Путевые датчики - основные элементы устройств автоматики и телемеханики систем ИРДП

2. Путевые оптические каналы и устройства

3. Структурные схемы, классификация рельсовых цепей

4. Основные элементы рельсовых линий

5. Аппаратура рельсовых цепей

6. Режимы работы рельсовых цепей

7. Параметры рельсовой линии. Схемы замещения рельсовых цепей

7.1 Параметры рельсовой линии

7.2 Схемы замещения рельсовых цепей

8. Методика расчета рельсовых цепей

8.1 Расчет нормального режима. Критерий работы РЦ

9. Рельсовые цепи на участках с автономной тягой

9.1 Рельсовые цепи с непрерывным питанием

9.2 Рельсовые цепи переменного тока

10. Рельсовые цепи на участках с электротягой переменного тока

10.1 Кодовые рельсовые цепи

10.2 Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока

10.3 Однониточные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц

10.4 Рельсовые цепи переменного тока 25 Гц

11. Рельсовые цепи с фазочувствительным приемником. Рельсовые цепи на участках с электротягой постоянного тока

12. Станционные рельсовые цепи

13. Особые виды рельсовых цепей

13.1 Рельсовые цепи без изолирующих стыков системы ЦАБ

13.2 Рельсовые цепи тональной частоты

13.3 Реактивные рельсовые цепи

14. Точечные путевые датчики

15. Техническое обслуживание путевых датчиков

15.1 Регулировка рельсовых цепей

15.2 Обслуживание рельсовых цепей

1. Путевые датчики - основные элементы устройств автоматики и телемеханики систем ИРДП

Основной задачей транспорта является полное и своевременное удовлетворение потребностей народного хозяйства и населения в перевозках, повышение эффективности и качества работы транспортной системы. Задачи, поставленные перед железнодорожным транспортом, можно выполнить лишь на основе широкого использования достижений технического прогресса - оснащения его современными высокопроизводительными техническими средствами, коренного совершенствования технологии и организации перевозочного процесса. Действенным средством повышения эффективности использования всех его технических средств (пути и подвижного состава) является переход от автоматизации отдельных операций и процессов к интегрированным информационно-управляющим комплексам для прогнозирования, оптимального планирования и автоматического управления всем перевозочным процессом. Одной из основных подсистем этого комплекса являются устройства интервального регулирования движения поездов (ИРДП) и обеспечения его безопасности.

Процесс совершенствования и модернизации существующих систем ИРДП, а также разработки новых систем на современной элементной базе непрерывно продолжается, так как условия работы железных дорог все время усложняются и требования к надежности и безопасности систем ИРДП, качеству их технического содержания повышаются.

В связи с этим в рамках экономической интеграции странами - членами СНГ на основе анализа и обобщения мирового опыта развития систем ИРДП разработаны новые технические требования на каждую систему с учетом современных условий работы железных дорог. Они приняты в СНГ в качестве нормативных технических материалов для разработки новых систем ИРДП.

В состав систем ИРДП входят сооружения и устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ): автоматическая и полуавтоматическая блокировки (АБ и ПАБ), электрическая и диспетчерская централизация стрелок и сигналов (ЭЦ и ДЦ), сигнальная авторегулировка (САР), автоматические ограждающие устройства на переездах (АОУ), диспетчерский контроль за движением поездов (ДК).

Основой всех перечисленных систем являются рельсовые цепи (РЦ), выполняющие функции датчиков информации о местонахождении подвижного состава, а также используемые как телемеханические каналы для передачи информации между путевыми устройствами и между путевыми и поездными устройствами. Благодаря РЦ возможно обеспечение максимальной пропускной способности участков и станций, а также повышение безопасности движения поездов.

Электрические РЦ применяют на железных дорогах всего мира. Ученые многих стран создают принципиально новые устройства, способные выполнять те же функции, что и РЦ. В частности, испытывали системы с использованием путевых шлейфов, счетчиков осей, радиолокационных устройств. Однако специалистами признано, что эти устройства по надежности и функциональным возможностям значительно уступают РЦ.

С возрастанием скоростей и интенсивности движения поездов повышаются требования к РЦ. Широкое внедрение электрической тяги, повышение тяговых токов при движении тяжеловесных поездов, тиристорное управление тяговыми двигателями, необходимость заземления конструкций, снижение сопротивления изоляции рельсовых линий относительно земли значительно усложнили условия работы РЦ.

РЦ являются основным элементом практически всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, электрической централизации стрелок и сигналов, автоматической переездной сигнализации, диспетчерского контроля движения поездов и других систем. В этих системах РЦ выполняют следующие функции: автоматически контролируют свободность и целость рельсовых нитей участков пути на перегонах и станциях; исключают возможность перевода стрелок под составом; с их помощью передаются кодовые сигналы с пути на локомотив, а также от одной сигнальной установки к другой; обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам и станциям и т. д.

Автоматикой и телемеханикой называется отрасль техники, обеспечивающая контроль и управление производственными процессами. Железнодорожная автоматика и телемеханика способствуют повышению производительности труда, увеличению пропускной способности, обеспечению безопасности движения поездов, улучшению условий труда железнодорожников, совершенствованию методов обслуживания пассажиров. Средства автоматики и телемеханики заменяют труд человека при контроле и управлении производственными процессами.

РЦ обладают ценными свойствами: автоматически контролируют свободность и занятость участков пути без какого-либо оборудования на подвижном составе, автоматически контролируют электрическую целость рельсовых нитей, обеспечивают территориальную селективность при передаче информации с пути на локомотив. На магистральных железных дорогах СНГ применяют более 30 типов и 800 разновидностей РЦ. Общее число РЦ, эксплуатируемых в Казахстане, превышает 300000. Широко распространены они и в большинстве стран мира.

РЦ имеют более чем вековую историю, и их практика и теория связаны с историей возникновения и развития железнодорожного транспорта и, в частности, с историей сигнализации.

Первая в мире железная дорога с локомотивно-канатной тягой была открыта в Великобритании 27 сентября 1825 года между Стоктоном и Дарлингтоном. В 1829 году в штате Пенсильвания между Карбонделем и Хонезделем была построена железная дорога, оборудование для которой было закуплено в Великобритании. Так как указанные две дороги имели локомотивно-канатную тягу, то первой самоходной железной дорогой считают дорогу Манчестер - Ливерпуль, построенную в Великобритании и открытую в 1830 году. В России первую железную дорогу на паровой тяге протяженностью 29 верст построили между Петербургом и Царским Селом и открыли 30 октября 1837 года.

На начальном этапе устройства сигнализации были достаточно примитивны.

Во всех автоматизированных и автоматических системах в качестве задающего элемента используются путевые первичные датчики точечного и непрерывного типов. Точечные датчики обычно предназначены для контроля проследования поездом определенных точек или отрезков пути, а непрерывные - для контроля состояния пути и рельсовых нитей. На основе путевых датчиков могут организовываться дискретные или непрерывные путевые каналы обмена информацией в тракте "путь-локомотив" для автоматизации процесса ведения поезда и централизации управления движением поездов на больших участках. В качестве основного путевого датчика и телемеханического канала используются электрические рельсовые цепи.

Все основные магистрали железных дорог Казахстана оборудованы системами ИРДП - АБ, ЭЦ и АЛСН; на остальных линиях применяется в основном ПАБ.

Путевые датчики и каналы, а также остальные узлы систем ИРДП строятся на контактных и бесконтактных элементах.

На железных дорогах путь движения поезда точно (однозначно определяет рельсовая колея, исключающая возможность разъезда идущих вслед или навстречу по одному и тому же пути поездов. В связи с этим системы регулирования движения поездов должны строго устанавливать допустимый интервал безопасного следования поездов в попутном направлении и исключать возможность встречного движения поездов по одному и тому же пути.

Вся железнодорожная сеть разделяется - на перегоны и станции; перегонами или межстанционными перегонами называется часть железнодорожной линии, ограниченная смежными раздельными пунктами (станциями, разъездами, обгонными пунктами), имеющими пути размещения, обгона или скрещения поездов.

Части перегонов, ограниченные проходными светофорами, относящимися к одному направлению движения, или проходным светофором и станцией, называются блок-участками.

В общем случае технический комплекс ИРДП состоит из трех подсистем: перегона, станции и участка. Система ИРДП перегона должна регулировать интервал попутного следования поездов и исключать возможность встречного, лобового их движения. При автоматическом действии она работает независимо от ИРДП станции и участка и управляет проходными светофорами в соответствии с информацией, получаемой от путевых датчиков перегона.

Система ИРДП на станции, кроме того, должна исключить движение поезда, если ему не установлен маршрут. Система ИРДП станции обычно работает в полуавтоматическом режиме, поскольку выбор маршрута и перевод стрелок для его реализации осуществляется с участием дежурного по станции (ДСП); он же управляет входными и выходными светофорами, которые работают в полуавтоматическом режиме - открываются ДСП, а закрываются от воздействия поездов на станционные путевые датчики.

Возможно автоматическое действие станционных систем ИРДП. Для этого необходимо ввести систему автоматического опознавания номеров поездов и использовать современную вычислительную технику для создания системы станционного автодиспетчера. На малых промежуточных станциях можно осуществить автоматическое действие станционной системы ИРДП по главному пути без АДС после замыкания стрелок по главному пути и снятия противоповторного замыкания входных и выходных светофоров.

Поскольку системы ИРДП перегонов и станций строятся на различных принципах, между ними должны включаться устройства сопряжения.

На базе систем ИРДП перегонов и станций могут создаваться централизованные системы ИРДП участка. При этом системы ИРДП перегона будут работать независимо и передавать в систему ИРДП участка информацию о приближении поездов к станциям и удалении от них через устройства сопряжения. Системы же станций станут органической подсистемой участковой системы ИРДП.

Весь комплекс ИРДП участка может быть переведен на автоматический режим после введения автоматического опознавания номеров поездов и системы участкового автодиспетчера АДУ с использованием ЭВМ.

В разработке систем ИРДП определяющим фактором является заданная интенсивность движения поездов, выраженная во временном интервале, который в результате тяговых расчетов выражается пространственно длинами блок-участков на перегоне.

При полуавтоматических системах перегонных ИРДП минимальный пространственный интервал может быть равен межстанционному перегону. Пространственный интервал следования поездов по станции определяется длиной станционных путей и марками крестовин стрелочных переводов.

Максимальная пропускная способность участка будет достигнута в том случае, если временные расчетные перегонные и станционные интервалы будут согласованы между собой. Одним из эффективных средств уменьшения станционных интервалов является увеличение скорости проследования поездов по станциям за счет применения стрелочных переводов с пологими марками крестовины (1/18 и 1/22).

Путевая автоматическая блокировка (АБ) представляет собой основную современную подсистему ИРДП перегона (рис. 1, а). Она увеличивает пропускную способность участков и участковую скорость движения поездов, а также повышает безопасность следования поездов по перегонам и промежуточным станциям.

Под термином "путевая автоматическая блокировка" понимают систему устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, обеспечивающую такую организацию движения, при которой поезда разделяются на перегоне пространственными интервалами - блок-участками длиной, рассчитанной по заданному временному интервалу между поездами, а правом на занятие поездом отдельного блок-участка служит разрешающее показание постоянного, автоматически действующего устройства - светофора.

При наличии поезда на пути возможность открытия светофора, ограждающего этот путь, исключается замыкающими устройствами путевой блокировки ЗУ, которые блокируют (замыкают) светофор в закрытом состоянии до поступления информации об освобождении поездом ограждаемого пути. Такая информация в свою очередь получается автоматически от путевых датчиков. Таким образом, на каждом ограждаемом отрезке пути перегона одновременно может находиться только один поезд.

Рисунок 1. Структурные схемы систем путевых блокировок

В любой системе путевой блокировки станционные сигналы (входные, маршрутные и выходные) являются полуавтоматическими.

Проходные сигналы /, 3, 5 (см. рис. 1, а) действуют автоматически в результате воздействия поезда на рельсовые цепи РЦ, выполняющие функции путевого датчика и задающего элемента. Благодаря этому можно сравнительно просто делить межстанционные перегоны на блок-участки без обслуживаемых раздельных пунктов и замыкать проходные светофоры при помощи автоматических замыкающих устройств АЗУ. Деление перегонов на блок-участки позволяет осуществить одновременное движение по перегону нескольких попутно следующих поездов, что резко повышает его пропускную способность.

Путевая полуавтоматическая блокировка (ПАБ) представляет собой разновидность перегонной системы ИРДП и применяется на менее грузонапряженных железнодорожных линиях.

С методической точки зрения ПАБ следует рассматривать как частный случай АБ, в которой длина блок-участка равна МП (рис. 1, б). Следовательно, межпоездной пространственный интервал при ПАБ равен длине межстанционного перегона МП. При ПАБ светофором, ограждающим блок-участок МП, будет выходной светофор станции. Пропускная способность перегонов при ПАБ будет меньше, чем при АБ, так как длина МП больше длины БУ, а следовательно, больше и время хода поезда по перегону. Кроме того, при ПАБ происходит дополнительная потеря времени на получение информации от дежурного по станции о прибытии поезда в полном составе (в замыкающее устройство ЗУ по линии связи ЛС).

Свободность перегона может контролироваться рельсовыми цепями особых видов (способных контролировать весь перегон длиной 10-15 км).

При ПАБ выходные светофоры закрываются автоматически от воздействия поезда на непрерывные (РЦ) или точечные путевые датчики ПД, устанавливаемые за выходной стрелкой; такие же путевые датчики устанавливают за входным светофором. Первичную информацию о прибытии поезда на станцию подают в ЗУ станции приема.

Для увеличения пропускной способности перегонов при ПАБ устраивают блокпосты с автоматически действующими проходными светофорами.

Сигнальная авторегулировка движения поездов, или авторегулировка, представляет собой комплекс средств автоматического управления движением поездов, содержащий устройства: оперативно разрабатывающие график и порядок движения поездов в пределах железнодорожного участка (автодиспетчер); автоматически регулирующие скорость каждого поезда в соответствии с графиком движения (автомашинист); автоматически снижающие скорость поезда при сближении его с препятствием (автоматика безопасности).

С каждым годом на железнодорожном транспорте расширяется внедрение современных средств автоматики и телемеханики. Строятся автоблокировка, автоматическая локомотивная сигнализация, диспетчерская и электрическая централизация, устройства переездной сигнализации, интенсивно используется автоматика на сортировочных горках. От надежности работы этих систем во многом зависят ритм перевозок и безопасность движения поездов.

2. Путевые оптические каналы и устройства

Для обеспечения безопасности, организации движения поездов и маневровой работы на железнодорожном транспорте применяется определенная система передачи информации по оптическим каналам с помощью специальных сигнальных устройств, которые должны обеспечивать простоту восприятия, быстроту опознавания и достаточную дальность видимости оптической информации. Сигнальные показания, назначение и места расположения сигнальных устройств регламентируются Инструкцией по сигнализации на железных дорогах Казахстана.

Сигнальные приборы ограждают определенные участки пути, раздельные пункты или железнодорожные сооружения и передают машинистам приближающихся поездов информацию о допустимой скорости движения, состоянии впереди лежащих блок-участков, маршруте следования на станцию и т. д. В качестве постоянных сигналов применяются светофоры. Светофоры служат для регулирования движения поездов посредством световых сигналов.

Сигналы светофоров должны восприниматься на достаточном расстоянии, как днем, так и ночью при самых неблагоприятных атмосферных условиях. В связи с наметившейся тенденцией роста скорости и массы поездов повышаются требования к надежности передаваемой сигналами информации и появляется необходимость в увеличении ее объема.

В современных системах оптической сигнализации для кодирования передаваемой информации применяется несколько отличительных физических признаков: цвет, режим горения, число и взаимное расположение огней светофоров. В железнодорожной сигнализации используются три основных (красный, желтый, зеленый) и два дополнительных (белый и синий) цвета.

Для увеличения объема передаваемой информации используется два режима горения светофорных огней: непрерывный и мигающий. Число одновременно горящих огней, как правило, не более двух. Однако в последнее время на транспорте применяются сигналы, содержащие три огня, а также дополнительные сигналы в виде одной или двух зеленых светящихся полос. Признак взаимного расположения огней в сигнализации представлен использованием дополнительной зеленой полосы, собранной из трех горизонтально расположенных, оптических линзовых комплектов карликовых светофоров, укрепленных на расстоянии 0,8-1 м ниже основных огней входного светофора.

На базе светофорной сигнализации строится "Единая скоростная система сигнализации". В этой системе каждому сигнальному показанию светофора соответствует максимально допустимая скорость, с которой можно проехать ось данного и следующего светофора. Для реализации разрешающих показаний в многоступенчатой сигнализации применяются не только желтый и зеленый цвета с непрерывным режимом горения, но и введены мигающие огни этих цветов с частотой мигания в пределах 40-60 и 100-120 в 1 мин.

Максимальная скорость для пассажирских поездов установлена в пределах 120-160 км/ч, для грузовых-90-100 км/ч. У желтого сигнала на перегоне и при приеме на боковой путь станции по стрелкам с крестовинами марок 1/9 и 1/11 требуется снижение скорости до 40-50 км/ч. При движении с отклонением по стрелочным переводам с крестовинами пологих марок 1/18 и 1/22 скорость снижается соответственно до 80 и 120 км/ч.

Основные показания оптической сигнализации, их условное обозначение, передаваемая информация и место применения представлены в Инструкции по сигнализации на железных дорогах Казахстана.

Показания светофора являются приказом и подлежат беспрекословному выполнению. Нормальным показанием проходных светофоров АБ является разрешающее, всех остальных постоянных сигналов - запрещающее.

Для создания надежных и экономичных световых сигналов необходимо использовать оптические системы, концентрирующие часть светового потока, т. е. увеличивающие силу света в определенном направлении.

Способность увеличивать силу света характеризуется коэффициентом усиления оптики:

К_у =I₂ / I₁,

где I₂ - сила света пучка, вышедшего из оптики; I₁ - сила света, падающего от источника света.

Если перед линзой поместить источник света, дающий силу света I₁, то от него на линзу упадет световой поток.

Проходя через линзу, лучи преломляются и выходят в виде более узкого пучка с силой света I₂ в телесном углу, представленном линейным углом рассеяния.

Коэффициент усиления повышается с возрастанием угла охвата и уменьшением угла рассеяния оптики.

Коэффициент усиления можно также выразить через диаметры линзы D и источника света d:

К_у = К_л = D²/ d²

Отсюда видно, что для получения большего усиления необходимо увеличивать диаметр линзы и уменьшать размеры источника света. Именно поэтому в световых сигналах применяют точечные лампы, у которых нить накала укорочена и приближается к размерам точки.

В оптических каналах железнодорожной сигнализации, добиваясь большого коэффициента усиления оптики, необходимо также исключить возможность ложного восприятия сигнала вследствие отражения внешних световых потоков. Эти два обстоятельства и являются определяющими при выборе оптических систем.

В инженерной оптике применяются три разновидности оптических систем: преломляющая (линзовая), отражательная (рефлекторная) и смешанная (линзово-рефлекторная).

Линзовая оптика содержит источник света и линзу. Она не может дать большого коэффициента усиления, так как имеет небольшой угол охвата. Однако линзовая оптика практически исключает ложное восприятие сигнала. Единственным источником ложного отраженного сигнала может служить только стеклянная поверхность баллона электрической лампочки, от которого возможно отражение солнечных лучей, попавших внутрь головки светофора извне. Так как головка светофора окрашивается внутри черным цветом, сила света отраженных лучей будет мала. Из-за высокой безопасности в отношении появления ложного сигнала линзовая оптика получила преимущественное распространение на железнодорожном транспорте.

Отражательная оптика содержит источник света и зеркальный рефлектор, позволяющие получить большие углы охвата и, следовательно, высокий коэффициент усиления. Однако высокая отражательная способность рефлектора приводит к возможности возникновения ложных сигналов вследствие отражения солнечных или других лучей. Поэтому данный вид оптики в железнодорожных сигналах не применяется.

Смешанная оптика сочетает преимущества линзовой и отражательной систем. Кроме источника света, светофильтра и преломляющих линз, она содержит зеркальный рефлектор, наличие которого позволяет повысить использование светового потока лампы. Светофильтр в смешанной оптической системе может быть гораздо меньших размеров, чем в линзовой оптике. Это позволяет осуществить автоматическую смену положения светофильтров для изменения сигнальных показаний светофора. Появление ложного сигнала исключено тем, что при отражении рефлектором лучей от внешних источников света показание светофора будет определяться цветом установленного в данный момент светофильтра. Смешанная оптика применяется в прожекторных светофорах.

По оптической системе светофоры подразделяются на линзовые и прожекторные. Линзовый светофор для каждого сигнального показания имеет отдельную оптическую систему-линзовый комплект. Прожекторный светофор имеет оптическую систему, совмещенную со специальным механизмом, который позволяет при одной оптической системе получить три различных по цвету сигнальных показания. Ввиду сложности конструкции и меньшей надежности по сравнению с линзовыми светофорами принято решение не применять прожекторные светофоры при новом строительстве и заменять их при реконструкции устройств СЦБ на станциях и перегонах.

В зависимости от местных условий светофоры могут быть мачтовые (рис. 2.12, а), карликовые (рис. 2.12, б) и консольные (рис. 2.12, в). Мачтовые светофоры устанавливаются на перегонах, главных путях станций и на боковых путях, по которым осуществляется безостановочный пропуск поездов со скоростью более 40 км/ч. Учитывая, что мачтовые светофоры ограничивают полезную длину приемоотправочных путей и увеличивают стоимость строительства, их применение ограничивается.

Рисунок 2.12. Светофоры

Карликовые светофоры используют на станциях в качестве выходных (см. рис. 2.12, б) с путей, по которым не предусматривается безостановочный пропуск поездов, и маневровых. Консольные светофоры применяют там, где (см. рис. 2.12, б) по условиям габарита нельзя установить светофор в междупутье.

Все светофоры располагают, как правило, с правой стороны по направлению движения или над осью ограждаемого пути. С левой стороны могут быть расположены входные карликовые светофоры для приема поездов по неправильному пути и недостаточной ширине междупутья, двусторонние групповые светофоры, установка которых с правой стороны невозможна.

Мачтовый линзовый светофор (см. рис. 2.12, а) состоит из мачты 1 (железобетонной или металлической), на которой укрепляют одну или несколько светофорных головок со щитами 3 и козырьками 4. Железобетонные мачты, представляющие собой полые конические бесстыковые стойки длиной 8 или 10 м, устанавливают в грунт на глубину 1800-2200 мм. Металлические мачты используют тогда, когда светофоры с железобетонными мачтами нельзя применить по условиям габарита или длина их недостаточна для установки требуемого количества светофорных головок и указателей. Металлические мачты закрепляют в стяжных стаканах, размещаемых на бетонных фундаментах.

На станциях с пологими марками стрелочных крестовин 1/18, 1/22 на входных светофорах устанавливают световую полосу зеленого цвета 2, которая состоит из чугунного корпуса, на передней стороне которого имеются три линзовых комплекта с зелеными светофильтрами. Такая световая полоса размещается на специальных кронштейнах под нижней двузначной головкой светофора.

Светофорные головки по числу сигнальных показаний бывают однозначными, двузначными или трехзначными. Для получения более трех сигнальных показаний на мачте устанавливают несколько светофорных головок.

Трехзначная светофорная головка (рис. 2.13) состоит из чугунного корпуса 1 с дверцей 2, трех линзовых комплектов, разделенных внутри корпуса перегородками 3, исключающими возможность проникновения света от горящей лампы соседнего комплекта, козырьков 8, предотвращающих попадание в линзовые комплекты солнечных лучей и появление ложной сигнализации светофора, колодок 9 для подключения проводов.

Для улучшения видимости сигнальных огней на корпусе светофорной головки устанавливается черного цвета фоновый щит 3 (см. рис. 2.12, а) овальной формы или круглой у однозначной светофорной головки.

Основной частью светофорной головки является линзовый комплект, который состоит из корпуса 6, наружной бесцветной ступенчатой линзы 10, линзы светофильтра 5 красного, зеленого, желтого, синего или белого цвета, ламподержателя 4 с лампой накаливания мощностью 15, 25 или 35 Вт на напряжение 12 В.

Рисунок 2.13. Головка светофора с линзовыми комплектами

Нить светофорной лампы находится в фокусе линз комплекта. За счет ступенчатых линз концентрируется световой поток электрической, лампы. Световой поток, проходящий через линзу-светофильтр, окрашивается, а проходя через бесцветную линзу, преобразуется в сигнальный луч с малым углом рассеивания.

При установке светофоров на кривых участках пути видимость светофора обеспечивается установкой в линзовый комплект перед наружной линзой рассеивающего стекла 7 с углом рассеивания 10 или 20°.

На стекло наносится стрелка, показывающая направление отклонения светового луча. Стекло устанавливают так, чтобы стрелка была направлена в сторону кривой. В линзовых комплектах с рассеивающими стеклами используют лампы мощностью 25 Вт.

Карликовый линзовый светофор (см. рис. 2.12, б) не имеет мачты и состоит из светофорной головки с линзовыми комплектами без фонового щита, устанавливаемой непосредственно на бетонный фундамент. В линзовых комплектах карликовых светофоров используют линзы меньшего диаметра, а отклоняющую вставку устанавливают между линзами. В остальном линзовые комплекты карликовых светофоров имеют такое же устройство, что и мачтовые.

Разработана новая линзовая светофорная головка из силумина с ламподержателем для установки двухспиральных светофорных ламп.

Прожекторная светофорная головка представляет собой чугунный корпус, с одной стороны которого укреплены плоско-выпуклая линза, круглый фоновый щит и козырек, а с другой - дверца.

Внутри корпуса устанавливается сигнальный механизм (рис. 2.14), имеющий магнитоэлектрическую систему с постоянными магнитами 8, 9, 10 и 11 и оптическую систему. Оптическая система состоит из плоско-выпуклой бесцветной линзы и зеркального рефлектора 5. Электрическая лампа располагается в первом фокусе рефлектора, а во втором фокусе - светофильтры подвижной рамки 4. Лучи светового потока лампы отражаются от стенок рефлектора и концентрируются во втором его фокусе, где проходят через цветной светофильтр и попадают сначала на внутреннюю 3, а затем на наружную 1 линзу и направляются вдоль пути с небольшим углом рассеивания - 2-3°. Часть лучей отклоняется отклоняющей вставкой 2 под углом 40° вниз для лучшей видимости сигнала на близком расстоянии.

Рисунок 2.14. Устройство прожекторного светофора

На круглом якоре поляризованного реле, который связан с контактной системой (на чертеже не показано), укреплены катушка 7 и секторы 6 и 12. На секторе 6 находится рамка с тремя светофильтрами - круглыми стеклами красного, желтого и зеленого цветов.

В прожекторном светофоре используются лампы малой мощности 5 или 10 Вт при напряжении 10 В.

Так как в прожекторном светофоре не исключено заедание якоря со светофильтрами (например, при попадании молнии в светофор) эти светофоры нашли ограниченное применение.

Красные, желтые и зеленые сигнальные огни светофоров на прямых участках пути должны быть днем и ночью отчетливо различимы из кабины управления локомотива на расстоянии не менее 1000 м.

На кривых участках эти сигналы должны быть отчетливо различимы на расстоянии не менее 400 м. В сильно пересеченной местности (горы, глубокие выемки) допускается видимость этих сигналов на расстоянии не менее 200 м; Показания выходных и маршрутных светофоров главных путей должны быть отчетливо различимы на расстоянии не менее 400 м, выходных и маршрутных светофоров боковых путей, а также пригласительных сигналов и маневровых светофоров - на расстоянии не менее 200 м.

Основными цветами, принятыми для сигнализации светофоров, являются красный, желтый и зеленый.

Зеленый цвет разрешает движение с установленной скоростью; желтый разрешает движение и требует уменьшения скорости; красный требует остановки.

Для организации маневровой работы применяют следующие сигнальные цвета: белый разрешает маневровое движение, синий запрещает производить маневры.

В связи с повышением скоростей движения поездов сигнализация приобретает скоростной характер: сигнальные показания не только разрешают или запрещают движение поездов, но и указывают их скорость.

Для получения необходимого числа сигнальных показаний используются цвет, количество огней, характер их горения и взаимное расположение.

Светофоры по назначению подразделяются на входные, выходные, маршрутные, проходные, прикрытия, заградительные, предупредительные, повторительные, маневровые, локомотивные и горочные.

На качество работы оптических каналов большое значение оказывает технология изготовления линз. Следует иметь в виду, что в плоскосферических линзах имеет место явление сферической аберрации, которое заключается в наличии нескольких фокусов концентрации преломленного луча, попадающего на отдельные участки линзы. В результате проявления сферической аберрации резко ухудшается работа светооптической системы, в частности, уменьшается сила света сигнального прибора и дальность его видимости.

Сферическую аберрацию, можно свести к минимуму, если использовать линзы специальной асферической формы, обеспечить однородность материала, из которого они изготовляются, и качественную шлифовку их поверхности. Однако такие линзы получаются громоздкими и дорогими и потому не нашли применения на железнодорожном транспорте.

Необходимость уменьшения аберрации вызвала появление ступенчатых линз. Профиль ступенчатых линз строят путем параллельного переноса элементов поверхности асферической линзы, чем достигается сохранение оптических свойств линзы и уменьшается ее масса. Отдельные элементы такой линзы не повторяют в точности проектируемую поверхность, а заменяются элементами сферических поверхностей с усредненными радиусами кривизны. Ступенчатые линзы имеют значительно меньшие потери светового потока в стекле и могут быть изготовлены прессованием, что снижает их стоимость.

Для получения высокой прозрачности применяется специальный химический состав стекла для изготовления бесцветных линз, в который, кроме песка SiO₂, добавляются примеси окиси железа, натрия, калия и свинца. Оптимальный химический состав и высокотемпературный режим варки стекла обеспечивает однородность линз. Бесцветные ступенчатые линзы изготовляют в металлических пресс-формах, которые обеспечивают им необходимые геометрические формы и заданную чистоту рабочей поверхности. Стекло линзы должно иметь коэффициент преломления не ниже 1,5.

В линзовых светофорах для увеличения угла охвата используются оптические системы из двух сфокусированных линз, образующих линзовый комплект, в котором наружная линза бесцветная, а внутренняя цветная.

Если применять одну линзу, то из всего светового потока, излучаемого лампой, используется только его часть в пределах угла, а остальная часть пропадает. При установке вблизи лампы второй внутренней линзы будет использоваться световой поток в пределах большего угла., Линзы подбирают и располагают так, чтобы преломленные внутренней цветной линзой лучи по возможности полностью попадали на наружную линзу и выходили из последней слаборасходящимся световым пучком. При фокусировке линзового комплекта нить лампы помещают в фокус линзы, а ось светового пучка направляют перпендикулярно задней плоскости корпуса комплекта. Сила света в линзовом комплекте в большой степени зависит от точности фокусировки. Например, при смещении нити накала лампы на 1-2 мм от нормального положения сила света снижается на 20-40 %.

Сила света также существенно зависит от угла рассеивания.

На кривых участках пути с малым радиусом закругления угол рассеивания светового пучка необходимо увеличивать, чтобы обеспечить машинисту непрерывную видимость сигналов светофора. Для этой цели применяют рассеивающие линзы (рассеиватели) с гладкой выпуклой наружной поверхностью и рифленой внутренней. На транспорте применяют рассеиватели следующих типов: односторонние (Pl-30, P1-20, Р 1-30), обеспечивающие в горизонтальной плоскости рассеивание светового потока на угол соответственно 10, 20 и 30° от оптической оси линзы, а также двусторонние Р 2 с углами рассеивания в горизонтальной плоскости в одну сторону - 5° и в другую - 25°.

3. Структурные схемы, классификация рельсовых цепей

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, проводниками которой служат рельсовые нити пути. РЦ являются основным элементом всех устройств железнодорожной автоматики и телемеханики: автоблокировки, автоматической локомотивной сигнализации, электрической централизации стрелок и сигналов, диспетчерского контроля движения поездов, автоматической переездной сигнализации и ряда других систем.

В этих системах РЦ выполняют разнообразные и ответственные функции. Они автоматически непрерывно контролируют состояние путевых участков на перегонах и станциях и целостность рельсовых нитей, исключая возможность приема поезда на занятый путь, не позволяют перевести стрелку под составом, а также обеспечивают индикацию контроля свободности или занятости путей и стрелок на аппарате управления; с их помощью передаются кодовые сигналы на локомотив для действия устройств автоматической локомотивной сигнализации, обеспечивается увязка между показаниями светофоров в кодовой автоблокировке; в системах переездной сигнализации они обеспечивают автоматический контроль приближения поездов к переездам и последующий контроль их проследования. РЦ являются основой всех разрабатываемых систем автоматического управления и контроля движения поездов на железнодорожном транспорте, в значительной мере повышая безопасность движения поездов.

Рельсовые цепи впервые были применены в 1872 г., и вот уже в течение более 100 лет продолжается их внедрение на железнодорожном транспорте различных стран. Многочисленные попытки заменить РЦ более совершенными средствами до настоящего времени не дали ожидаемых результатов. Такие устройства нашли лишь ограниченное применение или находятся в стадии разработки и эксплуатационных испытаний.

Трудно или практически невозможно получить в других устройствах такие замечательные свойства РЦ, как надежное и практически безошибочное фиксирование свободности и занятости путевых участков подвижным составом, не оборудованным специальными устройствами, или при следовании его с неисправными устройствами; автоматический контроль целостности рельсовых нитей; автоматическое восстановление нормальной и безопасной работы без специальных запоминающих устройств после отключения и последующего включения источника питания или при замене аппаратуры и оборудования; непрерывная непосредственная связь между поездами и состоянием пути и ряд других преимуществ.

Вместе с тем РЦ имеют ряд недостатков, снижающих их эксплуатационно-техническую эффективность: зависимость их работы от состояния верхнего строения пути (балласта, шпал, рельсов, соединителей и других элементов), климатических условий (наиболее неблагоприятны районы с суровым климатом, а также районы, в которых наблюдаются значительные колебания температуры и влажности); ухудшение шунтового эффекта при загрязненности поверхности рельсов и колесных пар; значительные затраты труда и средств на техническое обслуживание и ряд других недостатков. Поэтому создание новых и совершенствование существующих рельсовых цепей совмещаются с научными исследованиями и разработке устройств, которые могли бы заменить РЦ.

Как всякая электрическая рельсовая цепь, простейшая РЦ постоянного тока с непрерывным питанием (рис. 1) имеет источник питания, в данном случае путевой выпрямитель ВАК-14 (выпрямитель аккумуляторный купроксный), работающий в буферном режиме с аккумулятором АБН-72 (автоблокировочный с намазными пластинами на номинальную емкость 72 А?ч). Источник питания подключают к рельсовым нитям через ограничитель тока-регулируемый резистор Ro. На другом конце цепи к рельсовым нитям подключен путевой приемник - нейтральное путевое реле П. Смежные рельсовые цепи разделяются одна от другой изолирующими стыками ИС. При свободности цепи через обмотку путевого реле протекает ток; якорь реле притянут, а его общие и фронтовые контакты замкнуты. Эти контакты используются в цепях управления и контроля (автоблокировки, электрической централизации, переездной сигнализации и в других устройствах).

Рисунок 1. Схема рельсовой цепи постоянного тока

При вступлении на РЦ подвижного состава увеличивается ток источника питания за счет замыкания его через колесные пары, имеющие низкое электрическое сопротивление. Возрастание тока вызывает увеличение падения напряжения на ограничителе (при нахождении поезда на питающем конце практически все напряжение источника падает на резисторе Ro); резко уменьшается падение напряжения на обмотке путевого реле, оно отпускает якорь, замыкаются тыловые контакты реле, контролируется занятость рельсовой цепи.

Снижение тока (напряжения) в обмотках реле под действием колесных пар называется шунтовым эффектом, а колесные пары в данном случае называются поездным шунтом. В электрическое сопротивление поездного шунта входит сопротивление самих колесных пар и переходное сопротивление между бандажами колес и рельсами. Для железных дорог СНГ нормативное значение сопротивления поездного шунта принято 0,06 Ом. Такое сопротивление может иметь одна колесная пара у легкой подвижной единицы вместе с переходным сопротивлением между бандажами и чистыми головками рельсов.

Шунтовой эффект в РЦ в значительной мере обеспечивается ограничивающим резистором Rо. При его отсутствии в случае большой мощности источника питания под воздействием поездного шунта произошло бы лишь возрастание тока источника, а напряжение на рельсах (значит, и на зажимах путевого реле) практически не изменилось бы, и реле могло остаться возбужденным. Таким образом, основным назначением ограничителя является обеспечение шунтового эффекта РЦ. Одновременно он снижает ток при нахождении поезда на питающем конце, защищая источник от разрушения. В РЦ постоянного тока ограничитель используют, кроме того, для регулировки РЦ. Наличие ограничителя является обязательным. В РЦ переменного тока в качестве ограничителя можно применять реактор (индуктивное сопротивление) или конденсатор (емкостное сопротивление).

Путевое реле фиксирует не только занятость РЦ ее подвижным составом, но и целостность рельсовых нитей пути. В случае полного излома рельса нарушается цепь питания путевого реле, оно отпускает якорь, фиксируя неисправность рельсовой нити. Свойство РЦ контролировать исправность рельсовых нитей называется чувствительностью к излому (повреждению) рельса.

Основные требования к РЦ и порядок их работы определены Правилами технической эксплуатации железных дорог Казахстана (ПТЭ) при изложении требований к устройствам автоблокировки, электрической централизации и другим системам, в которых применяются РЦ. При автоблокировке все светофоры должны автоматически закрываться с входом поезда на ограждаемые ими блок-участки, а также в случае нарушения целости РЦ этих участков.

На станциях, расположенных на линиях, оборудованных автоматической или полуавтоматической блокировкой, с помощью РЦ должна исключаться возможность открытия сигнала при установке маршрута на занятый путь и обеспечиваться контроль занятости путей и стрелочных секций на аппарате управления. На станциях с электрической централизацией РЦ, кроме того, исключают возможность перевода стрелки под подвижным составом.

В системе автоматической переездной сигнализации, в том числе и при автоматических шлагбаумах, с помощью РЦ обеспечивается подача сигнала остановки в сторону автомобильной дороги, а в системе автоматической оповестительной сигнализации - сигнала оповещения о приближении поезда за время, необходимое для заблаговременного освобождения переезда транспортными средствами до подхода поезда к переезду. Автоматические шлагбаумы остаются в закрытом положении, а автоматическая сигнализация продолжает действовать до полного освобождения переезда поездом, что фиксируется с помощью РЦ.

По принципу действия РЦ подразделяются на нормально замкнутые и нормально разомкнутые. Нормальным принято считать состояние, когда РЦ свободна от подвижного состава. В нормально замкнутой РЦ (рис. 1) при свободном ее состоянии путевое реле находится под током, контролируя свободность и исправность всех ее элементов, а с занятием РЦ подвижным составом путевое реле отпускает якорь, фиксируя ее занятость. Контроль исправности всех элементов в рабочем состоянии является важнейшим и замечательным свойством нормально замкнутых РЦ, благодаря которому они получили преимущественное распространение. При всех неисправностях в такой цепи (обрыв цепи, короткое замыкание, выключение источника питания) повреждение приводит к отпусканию якоря путевого реле, и не возникает положений, опасных для движения поездов.

В нормально разомкнутой РЦ (рис. 2) источник питания и путевое реле размещают на одном конце. Путевое реле при свободности РЦ не возбуждено и не контролирует исправность ее элементов, поэтому РЦ применяют лишь на путях сортировочных горок, где движение осуществляется с низкими скоростями, пути находятся под постоянным наблюдением работников горки, а по условиям работы горок требуется быстрая фиксация занятости РЦ, так как время срабатывания путевого реле значительно меньше времени отпускания.

Рисунок 2. Схема нормально разомкнутой рельсовой цепи

По роду сигнального тока различают рельсовые цепи постоянного и переменного тока. РЦ постоянного тока применяют только на линиях с автономной тягой, если нет систематических помех от посторонних источников постоянного и переменного тока (электрического транспорта, систем централизованного электроснабжения вагонов пассажирских поездов, блуждающих токов и др.). Расстояние до конца подвески контактной сети смежных электрифицированных линий должно быть не менее 5 км. РЦ постоянного тока наиболее просты по устройству, однако из-за указанных выше ограничений их нельзя признать перспективными, при новом проектировании и строительстве устройств автоматики их не применяют.

РЦ переменного тока получили более широкое распространение. Их применяют на электрифицированных линиях и при автономной тяге. Существует большое разнообразие РЦ переменного тока, отличающихся частотой сигнального тока, структурой построения, конструктивными элементами, наличием или отсутствием изолирующих стыков и другими параметрами. Источниками питания РЦ переменного тока служат трансформаторы, преобразователи и генераторы различных типов. При электротяге постоянного тока широко используют ток промышленной частоты (50 Гц). Источником питания в этом случае является путевой трансформатор.

На линиях с электротягой переменного тока частота сигнального тока должна отличаться от частоты тягового тока (50 Гц). На этих линиях применяют сигнальный ток частотой 25 Гц.

Разработаны и внедряются РЦ переменного тока с частотой сигнального тока 100-500 Гц, которые можно применять при любом виде тяги поездов. К РЦ переменного тока относятся также так называемые тональные рельсовые цепи, в которых используются частоты тонального спектра.

По режиму питания различают рельсовые цепи непрерывного питания, импульсные и кодовые. Применение импульсного или кодового питания позволяет повысить чувствительность РЦ к шунту и повреждению рельса. Однако это преимущество достигается только в случае использования в качестве путевого приемника электромагнитных реле. При применении других пороговых элементов высокая чувствительность к шунту и повреждению рельса может быть достигнута и в РЦ с непрерывным питанием. Например, при использовании в качестве порогового элемента триггера, срабатывающего от каждой полуволны переменного тока, может быть получен коэффициент возврата, близкий к единице (в импульсных РЦ Кв?0,8). Известны и другие пороговые элементы, позволяющие получить высокий коэффициент возврата при непрерывном питании РЦ.

При импульсном или кодовом режиме питания достигается более высокая защита от помех, в первую очередь от непрерывных помех тягового тока. Однако, кроме непрерывных, наблюдается сильное воздействие импульсных помех тягового тока в случаях: включения и выключения тяговых двигателей; перераспределения тягового тока вследствие непрерывного изменения переходных контактов между колесами и рельсами; кратковременного размыкания и искрения токоприемника. Особенно сильное воздействие импульсных помех наблюдается при возникновении на рельсах различных непроводящих пленок, а также использовании песка для увеличения сцепления колес с рельсами.

Непрерывные РЦ обладают более высокой защитой от импульсных помех, так как путевые реле непрерывных рельсовых цепей более инерционны и не реагируют на кратковременные импульсные помехи. Кроме того, в РЦ с непрерывным питанием эффективная защита от импульсных помех может быть получена за счет искусственного замедления на срабатывание путевого приемника, например, при использовании повторителя путевого реле с замедлением на срабатывание 0,5-1 с (длительность импульсов помех, как правило, не превышает 0,1 с).

Применить такую защиту в импульсных РЦ не представляется возможным, так как в этом случае нарушится нормальная работа дешифратора импульсной или кодовой РЦ. Импульсные РЦ менее надежны в условиях эксплуатации из-за механического износа контактов импульсного путевого реле и дешифратора. Они требуют частого осмотра и проверки аппаратуры, что связано с большими затратами труда и средств при техническом обслуживании устройств, поэтому наметилась тенденция к переходу на непрерывные РЦ.

При новом проектировании и строительстве на станциях применяют непрерывные РЦ переменного тока с фазочувствительными реле ДСШ. РЦ с непрерывным питанием применены в частотной автоблокировке, в системе автоблокировки с РЦ без изолирующих стыков и централизованным размещением аппаратуры.

В кодовых РЦ сигналы, передаваемые по рельсовой линии, при свободной РЦ используют для работы путевого реле, а при вступлении поезда - для работы автоматической локомотивной сигнализации. Кроме кодовых применяют также кодированные РЦ. Нормально по ним передается непрерывный ток для работы путевого реле, а с момента занятости поездом - кодовые сигналы АЛС.

По типу путевого приемника различают рельсовые цепи с одноэлементными и двухэлементными путевыми приемниками. Приемники обоих типов должны иметь непрерывный вход и дискретный выход. Сигнал на входе может изменяться непрерывно (по амплитуде, фазе и частоте) вследствие изменения изоляции РЦ под воздействием колесных пар или при повреждении рельса. На выходе путевой приемник должен выдавать двоичную дискретную информацию: рельсовая цепь свободна и исправна (1), рельсовая цепь занята подвижным составом или повреждена (0). В первом случае путевое реле возбуждено и замкнуты его фронтовые, контакты, во втором случае реле отпускает якорь, замыкая тыловые контакты.

...