Основы железнодорожной автоматики и телемеханики

Рис. 2.22. Оснастка светофоров

По условиям габарита светофоры могут устанавливаться в междупутьях шириной: 5200 мм - светофоры на железобетонной или металлической мачте с наклонной лестницей; 5040 мм - светофоры на металлической мачте без лестницы или со складной лестницей; 4500 мм - светофоры сдвоенные карликовые; 4200 мм - светофоры одиночные карликовые.

Светофор каждого типа имеет определенный номер чертежа и номенклатурный код. Номер чертежа определяет конструкцию, а код - оптическую систему, способ установки, значность, расцветку и дополнительную оснастку.

Номенклатурный код светофора состоит из двух частей. Левая часть шифра может содержать следующие буквы: ЛЦ - линзовый светофор на железобетонной центрифугированной мачте; Л - то же на металлической мачте; ЛМ - то же на мостике или консоли; КЛ - карликовый линзовый светофор; Я - трансформаторный ящик.

Правая часть номенклатурного шифра определяет значность, расцветку и дополнительную оснастку светофора: первая цифра - значность светофора, последующие цифры - расцветка светофора (для данной значности и конструкции); С - указатель скорости; П - пригласительный сигнал; М - маневровый сигнал (устанавливаемый на обратной стороне светофора); УБ - маршрутный указатель с белыми линзами; УЗ - то же с зелеными линзами; УП - маршрутный указатель положения; Т - условно-разрешающий сигнал с отражателями; Р - условно-разрешающий сигнал с синим огнем. Для светофоров четырехзначной сигнализации после цифры расцветки добавляется буква А.

Так, обозначение Л-44АСПМУБ будет расшифровываться так: линзовый светофор на металлической мачте, четырехзначный, 44-й расцветки с указателем скорости, пригласительным и маневровым сигналами и маршрутным указателем с белыми (бесцветными) линзами.

Основным элементом оптики линзового светофора является линзовый комплект (рис. 2.23), в корпусе 5 которого на определенных расстояниях установлены цветная линза 1 (красный, зеленый или желтый светофильтры) диаметром 139 мм и бесцветная ступенчатая линза 3 диаметром 212 мм (тип ЛСМ). В комплекте линз карликовых линзовых светофоров в качестве наружной берется бесцветная ступенчатая линза уменьшенного диаметра (до 160 мм).

Рис. 2.23. Линзовый комплект

Плоскости прилегания линз и корпуса линзового комплекта к кожуху светофорной головки должны быть ровными и параллельными. Для обеспечения в комплекте заданного взаимного расположения бесцветную и цветную линзы монтируют в чугунной оправе. При этом необходимо обеспечить соосность наружной и внутренней линз и строго нормированное расстояние между ними. Для вентиляции в корпусах линзовых комплектов имеются отверстия 2, закрытые мелкой медной сеткой. От посторонних подсветок комплект предохраняется козырьком 4.

Каждый линзовый комплект на заводе подвергается фокусировке. При сборке и фокусировке ламподержатель 8 наглухо закрепляется на штыре 6 заливкой штыревых отверстий 9 специальным сплавом. Питающие провода подключаются к зажимам 7. В собранном линзовом комплекте ставят метку на цветной линзе и корпусе вверху по оси. Метка ставится на случай разборки комплекта и служит указателем для правильной сборки.

При установке в линзовом комплекте рассеивающего стекла оно плотно зажимается кольцом, дополнительно закрепленным винтами на корпусе головки.

К корпусу головки светофора прикрепляется щит, окрашенный черной краской для создания контрастного фона сигнальным огням. Ось мачты светофора должна быть прямолинейной (не более 10 мм отклонения для наиболее длинных труб). Для возможности регулирования положения головок в двух плоскостях на кронштейнах имеются специальные устройства.

Конструкция головок карликовых линзовых светофоров тождественна конструкции головок мачтовых светофоров, но они отклонены на 5° для поднятия светового пучка вверх.

Видимость сигналов светофоров с определенных мест может быть обеспечена при соответствующей наводке и закреплении светофорных головок. На прямых участках пути ориентир для наводки сигналов выбирается на расстоянии 1000 м от светофора. В качестве ориентира можно использовать опору контактной сети или другой подходящий предмет (например, щит площадью около 1 м²), устанавливаемый на расстоянии 1,8-8,5 м от головки крайнего рельса и высоте над ним 2,5-3,5 м.

При наводке сигналов на кривых место для ориентира выбирается в соответствии с минимальной дальностью видимости сигнала светофора при установленном на нем рассеивателе.

Наводка линзового светофора осуществляется при помощи съемной визирной трубки, укрепляемой на корпусе головки.

В процессе эксплуатации оптическая система загрязняется (особенно наружная поверхность линз), что приводит к существенному снижению дальности видимости сигнальных огней. Поэтому необходимо регулярно удалять загрязнения с линз.

2.2.1.2 Расстановка светофоров автоблокировки

Исходные данные. При расстановке светофоров автоблокировки в качестве исходных данных принимают расчетный межпоездной интервал и весовые нормы грузовых поездов. На магистральных участках при трехзначной сигнализации расчетным является грузовой поезд максимальной массы, на пригородных участках при трех- и четырехзначной сигнализации - пригородный поезд, с меньшей массой и скоростью по сравнению с поездами дальнего следования. Расчетные длины грузового поезда на магистральных линиях при трехзначной сигнализации 850, 1050 и 1250 м. За наибольшие установленные скорости пропуска поездов принимают: пассажирских 140 км/ч, грузовых - 90 км/ч. Длина каждого блок-участка должна быть не менее тормозного пути, определенного для данного места пути при полном служебном торможении и максимально реализуемой скорости (но не более 120 км/ч для пассажирского и 80 км/ч для грузового поезда), но должна быть не меньше тормозного пути при экстренном торможении с указанных скоростей (120 и 80 км/ч) с учетом времени, необходимого для воздействия устройств автоматической локомотивной сигнализации и автостопа на тормозную систему поезда. Максимальная длина блок-участка не должна превышать 2600 м, длина предвходных блок-участков должна быть не более 1500 м, минимальная длина блок-участка - не менее 1000 м. Должны быть обеспечены максимально возможная видимость сигналов по условиям расстановки светофоров и совмещение (спаривание) светофоров в противоположных направлениях для удешевления строительства и лучшего обслуживания автоблокировки.

При совмещении светофоров допускается отклонение интервала попутного следования от расчетного значения в пределах ±1 мин на магистральных участках и - 0,5 мин на участках пригородного движения.

Применяют два способа расстановки светофоров по кривой скорости с нанесением засечек времени и по кривой времени, построенной для хвоста первого и головы второго поезда. Первый способ, как более простой, получил наибольшее применение. Второй способ более трудоемкий, его применяют, в частности, при расстановке светофоров на пригородных участках.

Чтобы построить кривые скорости или времени, проводят тяговые расчеты, используя при этом уравнение движения поезда. По расчетным данным находят скорости движения поезда на разных элементах профиля пути, время хода по перегону, определяют условия и результаты торможения.

Кривую скорости для перегона строят с указанием профиля пути и длины каждого элемента профиля. Кроме этого, показывают план пути перегона, разделенный по километрам, с указанием кривых участков пути.

Пользуясь кривой скорости, расстанавливают светофоры автоблокировки. При расстановке учитывают, что светофоры необходимо устанавливать на прямых участках пути или в начале кривых участков. В случае установки светофоров в кривой выбирают место его установки из условия лучшей видимости сигнальных показаний. При наличии выемок светофоры устанавливают с таким расчетом, чтобы выемки не ухудшали видимость сигналов. При наличии тоннелей и больших мостов светофоры, как правило, располагают перед искусственным сооружением или за ним на расстоянии не менее максимальной длины поезда. На пригородных участках светофоры устанавливают за платформами по ходу поезда для удобства посадки и высадки пассажиров в случае остановки поезда у закрытого светофора. При необходимости установки светофоров на тяжелом профиле пути их снабжают условно-разрешающими сигналами.

Перечень перегонов и проходных светофоров с условно-разрешающими сигналами, а также массу грузовых поездов, при которых допускается проследование этих сигналов, устанавливает начальник дороги.

После расстановки светофоров их нумеруют. Все светофоры нечетного направления данного перегона, начиная со станции приема, нумеруют нечетными возрастающими цифрами 1, 3, 5 и т.д.; в четном направлении со стороны станции приема - четными возрастающими цифрами 2, 4, 6 и т.д. Такая нумерация дает возможность машинисту поезда по мере убывания номеров светофоров ориентироваться о приближении поезда к станции и принимать своевременные меры по торможению поезда.

Расстановка светофоров по кривой скорости. При расстановке светофоров для определения времени расчетного межпоездного интервала наносят засечки времени на кривой скорости. Засечки наносят с помощью вспомогательного треугольника времени (рис. 2.24, а). Высота треугольника соответствует значению расчетной скорости, а основание - длине пути. Размеры основания и высоту треугольника подбирают так, чтобы раствор угла треугольника в принятых масштабах представлял время, равное 1 мин. Для более точного расчета времени раствор угла треугольника принимают 0,5-0,25 мин. Свойство треугольника таково, что если его наложить на кривую скорости, как это показано на рис.2.24, б, пересекающую в точках а, б или в, г боковые стороны треугольника, и спроецировать эти точки на основание треугольника, то полученные отрезки а', в' или г', б' будут представлять собой путь, пройденный поездом за 1 мин.

Для отсчета долей минуты основание треугольника делят на 10 равных частей и полученные точки соединяют с вершиной треугольника.

В качестве примера на рис. 2.24, в показан порядок нанесения на кривую скорости засечек времени, начиная с первой минуты. Треугольник основанием вверх располагают строго параллельно оси пути так, что его вершина О совмещается с началом кривой скорости. Полученная при пересечении стороны ОБ треугольника с кривой скорости точка 1 дает засечку первой минуты движения поезда. Затем треугольник передвигают вправо так, чтобы его сторона ОА совместилась с засечкой 1 первой минуты. Тогда на пересечении стороны О' Б' с кривой скорости получают засечку 2 второй минуты. Передвигая аналогичным порядком треугольник, наносят минутные засечки времени на кривой скорости по всему перегону.

Порядок расстановки светофоров трехзначной автоблокировки по засечкам времени на кривой скорости при заданном межпоездном интервале 8 мин и расчетной длине поезда l_п = 850 м показан на рис. 2.25.

Рис. 2.24. Нанесение засечек времени с помощью треугольника

Рис. 2.25. Расстановка светофоров по кривой скорости

Первоначально расстанавливают светофоры первой серии. Передвигая треугольник вправо по кривой скорости и нанося засечки времени, отсчитывают 8 мин и находят точку а, соответствующую центру поезда № 1. Через данную точку проводят линию, перпендикулярную линии пути, и от нее откладывают влево половину длины поезда, чтобы определить положение хвоста поезда и место установки светофора 5 серии I. Для определения места установки второго светофора серии I необходимо иметь в виду, что когда поезд №1 удалится от светофора 5 через 8 мин, перед этим светофором будет находиться голова поезда № 2.

Так как центры поездов смещены один от другого на 8 мин, то, прежде всего, находят центр поезда № 2. Для этого от оси светофора 5 откладывают влево половину поезда l_п/2 и по кривой скорости находят точку в (6, 8 мин). От этой точки, передвигая треугольник вправо, отсчитывают 8 мин и находят точку, в которой будет находиться центр поезда № 1 в момент нахождения поезда № 2 перед светофором 5. Проецируя найденную точку на линию пути и откладывая влево l_п/2, находят место установки второго светофора серии I. На рис. 2.25 второй светофор серии I не показан, так как место его размещения находится на следующем перегоне. Дальнейшее определение мест установки светофоров серии I производится аналогично.

Так как поезда всегда должны быть разграничены тремя блок-участками, то между выходными светофорами станции и первым светофором серии I, а также между светофорами серии I должны быть установлены светофоры серий II и III. Для установки первых светофоров серий II и III время хода поезда от выходного светофора до первого светофора серии I делят на три равные части. Тогда точки раздела будут месторасположения первых светофоров серий II и III.

В рассматриваемом случае выходной светофор стоит на ординате, соответствующей засечке времени 1,7 мин (точка е), а первый светофор серии I - на ординате 7,5 мин. Время хода поезда от выходного светофора до светофора 5 составляет 7,5 - 1,7 = 5,8 мин. Разделив 5,8 на 3, получают интервал времени между светофорами серий I и II, равный 1,9 мин. Вычитая полученный интервал 1,9 из ординаты 7,5, получают ординату точки г, равную 5,6 мин, где необходимо установить первый светофор 7 серии II. Вычитая из ординаты 5,6 интервал 1,9, получают 3,7 мин, т. е. ординату точки д, в которой устанавливаем первый светофор 9 серии III.

Для определения места установки второго светофора серии III от светофора 9 откладывают влево l_п /2 и находят точку ж, от которой вправо по кривой скорости откладывают 8 мин и находят точку и, соответствующую 10,9 мин. Точку и сносят на линию пути и откладывают влево l_п/2, тем самым определяют место установки второго светофора серии III. Места установки последующих светофоров серий II и III находят аналогично.

После расстановки светофоров в одном направлении их расстанавливают в другом направлении. Во всех случаях, когда светофоры встречных направлений не совпадают по ординате, решают вопрос об их передвижке и совмещении в допустимых нормами пределах. Передвижка светофоров может производиться и для улучшения их видимости по условиям местности и профиля пути.

По окончании расстановки светофоров проверяют соответствие полученных длин блок-участков принятым нормам и максимальным тормозным путям, определяемым при максимальной скорости пассажирского или грузового поезда. При экстренном торможении к тормозному пути прибавляют дополнительный путь, проходимый поездом за время срабатывания приборов локомотивной сигнализации с автостопом и приведения тормозов в действие, при полном служебном торможении - только путь, проходимый поездом за время приведения тормозов в действие.

Для проверки максимального тормозного пути перед каждым светофором используют тормозные кривые для тех категорий поездов, тормозные пути которых следует проверить. Метод проверки тормозных путей поясняется на рис. 2.26, а. На рис. 2.26, б показаны тормозные кривые, построенные для служебного и экстренного торможений поезда при разных профилях путей, на которых проверяется тормозной путь. Для учета тормозного пути при автостопном торможении слева от оси ординат показаны наклонные линии, построенные для разных элементов профиля пути перед светофором. При определении тормозного пути автостопного торможения суммарное время смены показания локомотивного светофора и срабатывания электропневматического клапана автостопа принимается 12 с.

При проверке тормозного пути перед светофором (см. рис. 2.26, а) ординату этого светофора сносят на ось пути (точка а). Затем берут тормозную кривую, выполненную на кальке для данной категории поезда и соответствующего профиля пути перед светофором, и накладывают ее на чертеж расстановки светофоров так, чтобы их оси пути совпадали, а конец тормозной кривой совместился с ординатой светофора. Точку в' пересечения тормозной кривой с кривой скорости переносят на ось пути и находят точку в. Полученное расстояние ав представляет собой тормозной путь перед данным светофором.

Рис. 2.26. Проверка тормозного пути и расчетной длины блок-участков

Дополнительный путь, проходимый поездом за время приведения в действие тормозов, определяют (см. рис. 2.26, б) путем проецирования точки в' до пересечения с прямой линией, соответствующей профилю пути перед точкой в в начале тормозного пути (+4 ⁰/₀₀). Полученный отрезок пути ов" или ов"' добавляют к отрезку ав, что и дает полную длину тормозного пути перед светофором.

Если этот путь не укладывается в пределах длины блок-участка, то его длина не удовлетворяет тормозным условиям и необходима перестановка светофоров.

При четырехзначной автоблокировке длину каждого блок-участка проверяют по условиям возможности снижения скорости с максимального значения до допустимой скорости проследования желтого огня и полной остановки поезда у сигнала с красным огнем при вступлении его на блок-участок со скоростью прохода желтого огня.

На участках с электрической тягой при расстановке светофоров проверяют возможность прохода поездом нейтральной вставки с выключенным током со скоростью: 15 км/ч у знака «Включить ток» при движении поезда с остановкой у светофора, установленного перед нейтральной вставкой; 10 км/ч - при движении поезда до знака «Включить ток»; с ограниченной скоростью 20 км/ч - по пригласительному сигналу входного или выходного светофора и при проследовании проходного светофора, установленного перед нейтральной вставкой, с запрещающим показанием.

Первый светофор автоблокировки устанавливают от знака «Включить ток» на расстоянии не менее 300 м. Проходные светофоры должны быть установлены перед переездом в случае совмещения его с одиночной или спаренной сигнальной установкой.

Расстановку светофоров следует проверять по условию видимости их огней на всех элементах профиля перегона. Эту проверку делает комиссия в составе представителей отделения дороги и проектной организации по вехам. Вехи устанавливают на ординатах проектируемых светофоров. Правильную видимость светофоров после их установки подтверждает комиссия и утверждает для составления рабочего проекта автоблокировки.

2.2.1.3 Расстановка светофоров на станции

Гарантией обеспечения безопасности движения поездов на железных дорогах является выполнение машинистами приказов, передаваемых сигнальными устройствами. В качестве последних преимущественное распространение получили светофоры, которые передают достаточное число сигнальных показаний и сочетают удобство управления с хорошей круглосуточной видимостью сигналов. Каждое сигнальное показание должно сообщать машинисту информацию для своевременного снижения скорости до требуемой в соответствующем месте пути. Это достигается использованием сигнализации, при которой каждое сигнальное показание (кроме запрещающего движение) передаст основной (скорость движения у данного светофора) и предупредительный (скорость движения у следующего светофора) приказы. Поэтому число сигнальных показаний определяется числом принятых ступеней скорости.

Существует установленная скорость v_у, которая представляет собой известную машинистам максимально допустимую скорость движения поезда во всех точках пути следования, а также нулевая скорость v_o (остановка). Для стрелочных переводов с марками крестовин 1/9 и 1/11 допускается скорость движения на боковой путь v₁ не более 40 км/ч (по переводам из рельсов Р65 с маркой крестовины 1/11 не более 50 км/ч). Применение стрелочных переводов с маркой крестовины 1/18 разрешает движение поездов на боковые пути со скоростью v₃ = 80 км/ч, а с маркой крестовины 1/22 - со скоростью v₄ = 120 км/ч.

Основной принцип сигнализации, применяемый на железных дорогах - остановка подвижной единицы перед светофором с красным сигнальным показанием и разрешение проследования светофора с желтым и зеленым сигнальными показаниями.

Один непрерывно горящий или мигающий огонь разрешает проследование данного светофора с установленной скоростью. Зеленый мигающий разрешает проследование следующего светофора со скоростью 80 км/ч, желтый мигающий - со скоростью v₁, а желтый непрерывно горящий огонь указывает на необходимость остановки поезда у следующего светофора.

Горение двух огней, нижний из которых желтый, разрешает проследование данного светофора со скоростью v₁. Наличие зеленой полосы при двух огнях разрешает проследование данного светофора со скоростью v₃. Верхний огонь указывает скорость проследования следующего светофора: непрерывно горящий желтый предупреждает о необходимости остановки, желтый мигающий - о снижении скорости до значения v₁, зеленый мигающий - до v₃.

Таким образом, горение на светофоре двух огней, нижний из которых желтый, требует отклонения поезда за этим светофором на боковой путь. Горение одного желтого или зеленого огня соответствует движению поезда за светофором по прямому пути.

Синий огонь запрещает маневры и для поездных передвижений значения не имеет. Для запрещения маневров можно использовать красный огонь, если это не создает препятствий для поездных передвижений.

Непрерывно горящий лунно-белый огонь разрешает маневры. Мигающий лунно-белый огонь является пригласительным сигналом, разрешающим проследование данного светофора со скоростью до 20 км/ч с готовностью остановиться в случае обнаружения препятствия.

Рассмотрим основные положения, связанные с размещением станционных светофоров (рис. 2.27). Станцию со стороны перегонов ограждают входными светофорами. Входной светофор со стороны прибытия четных поездов обозначают буквой Ч, а со стороны нечетных -- Н. Входные светофоры устанавливают на участках с тепловозной тягой на расстоянии, не меньшем 50 м от остряка противошерстного стрелочного перевода или предельного столбика первого входного пошерстного стрелочного перевода. Входной светофор на электрифицированных участках необходимо устанавливать перед воздушным промежутком, разделяющим контактную сеть перегона и станции. Обычно это удаление от входного стрелочного перевода не превышает 300 м.

Рис. 2.27. Схема размещения станционных светофоров

Выходные светофоры разрешают выход поездов на перегон. Их устанавливают с учетом специализации станционных путей. В обозначении выходных светофоров учитывается направление движения и номер пути отправления (Ч1, Ч2, Н1А и НЗ).

Маршрутные светофоры применяют на станциях с продольным и полупродольным расположением путей, а также на крупных станциях. Они регулируют передачу поездов из одного района станции в другой. Их устанавливают перед стрелками, разделяющими последовательно расположенные группы путей, а также в горловинах крупных станций. Обозначение маршрутных светофоров учитывает направление движения и номер пути (ЧМ1А, ЧМЗ, НМ1 и НМ2).

Выходные и маршрутные светофоры на станциях с электрической централизацией дополняют немигающим лунно-белым огнем, разрешающим маневры. Если на таком светофоре установлен пригласительный сигнал, то для маневровых передвижений используют тот же сигнальный комплект. На главных путях и путях безостановочного пропуска поездов используют мачтовые выходные и маршрутные светофоры, а на боковых путях - карликовые. Размещение маневровых светофоров требует знаний технологии работы станций. Маневровые светофоры обозначают буквой М с порядковым номером, начиная от входного светофора, в четной горловине - с четными, а в нечетной - с нечетными (М1, МЗ и М2, М4) номерами.

Рассмотрим примеры светофорной сигнализации. Взаимозависимость сигнальных показаний светофоров для движения поездов в нечетном направлении (рис. 2.28) показана для стрелочных переводов с марками крестовин 1/9 и 1/11.

Желтый огонь на предвходном светофоре 1 загорается при красном и мигающем лунно-белом огнях входного светофора Н. Зеленый огонь на светофоре 1 указывает на возможность проследования светофора Н с установленной скоростью. Последний сигнализирует одним верхним желтым огнем при красном огне на выходном светофоре HI и зеленым огнем при желтом или зеленом огне на светофоре HI. Поезд принимают на главный путь 1П без отклонения по стрелке 1.

Рис. 2.28. Схема взаимозависимости показаний светофоров на разъезде при наличии стрелок с марками крестовин 1/9 и 1/11

Желтый мигающий огонь на светофоре 1 предупреждает о том, что входной светофор Н открыт, но его разрешается проследовать со скоростью v₁, поскольку поезд принимают на боковой путь 2П. На светофоре Н горят два желтых огня, причем непрерывно горящий верхний огонь предупреждает о том, что выходной светофор Н2 закрыт, а мигание этого огня свидетельствует об открытом светофоре Н2.

При отправлении с бокового пути 2П поезд отклоняется по стрелке 2, что обусловливает скорость его движения не более v₁. В этом случае на выходном светофоре должны гореть два желтых огня. Однако для простоты предусматривают одинаковую сигнализацию светофоров Н2 и HI, что имеет следующее обоснование. В случае приема поезда на боковой путь 2П машинист снижает скорость до v₁ перед светофором Н и не превышает ее до проследования последним вагоном стрелки 1, т.е. поезд не может развить скорость более v₁ на всей протяженности пути 2П до светофора Н2. Машинист, зная о приеме на боковой путь по показанию входного светофора Н и о необходимости движения по стрелке 2 со скоростью v₁, не допускает большей скорости. Поэтому машинисту достаточным является показание первого светофора, который необходимо проезжать со скоростью v₁.

В случае пропуска по главному пути 1П (рис. 2.29) поезд отклоняется за выходным светофором HI по стрелке 2. Поэтому светофор HI сигнализирует двумя желтыми огнями при свободности одного блок-участка удаления и двумя желтыми огнями, из которых верхний мигающий при свободности двух и более блок-участков. Зеленый огонь на светофоре HI закрывают металлическим кругом - заглушкой (закрещенный кружок на рис. 2.29). Входной светофор Н сигнализирует в этом случае одним желтым мигающим огнем, а при пропуске поезда по боковому пути - двумя желтыми огнями аналогично ранее рассмотренному случаю. Зеленый огонь на светофоре Н также закрывают заглушкой.

Рис. 2.29. Схема взаимосвязи сигнальных показаний при отсутствии зеленого огня на входном и выходном светофорах

Разнообразные случаи взаимозависимости показаний светофоров рассматриваются в Инструкции [7].

2.2.2 Стрелочные электроприводы

Стрелочные электроприводы предназначены для перевода стрелочных остряков, запирания и контроля положения централизованных стрелок в устройствах электрической централизации.

Согласно ПТЭ стрелочные электроприводы всех видов должны обеспечивать при крайних положениях стрелок плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу и подвижного сердечника крестовины к усовику; стрелка (остряки или подвижной сердечник крестовины) не должна замыкаться при зазоре между прижатым остряком и рамным рельсом (или сердечника с усовиком) 4 мм и более; другой остряк должен быть отведен от рамного рельса на расстояние не менее 125 мм.

На железных дорогах получил широкое распространение невзрезной стрелочный электропривод СП-6.

Электропривод устанавливается на гарнитуре железнодорожных стрелок с правой или левой стороны стрелочного перевода и управляется с поста электрической централизации или колонки местного управления. Стрелочный электропривод СП-6 (рис. 2.30) состоит из: корпуса 2, многоконтактного блокировочного устройства 1, уравнительной муфты 3, редуктора 4 со встроенной фрикционной муфтой, контрольных линеек 5 (6 -- ушко контрольной линейки; 7 -- палец контрольной линейки), одного рабочего шибера 8, главного вала 9, блока автопереключателя 10, обогревательного элемента 12, панели освещения 13, блока электродвигателя 14.

Рис. 2.30. Стрелочный электропривод СП6 (вид сверху)

Все узлы смонтированы в корпусе 2 и закрываются сварной стальной крышкой (на рис. 2.30 не показана) (11 -- боковая крышка).

Основные характеристики невзрезного стрелочного электропривода с внутренним запиранием СП-6 следующие: максимальное тяговое усилие 6000 Н; максимальное время перевода 7,0 с; назначенный ресурс 1,2 млн. срабатываний при усилии до 3500 Н; электропитание постоянным током при номинальном напряжении 30, 100, 110 и 160 В или переменным током частотой 50 Гц, напряжением 110, 127, 190 и 220 В; размеры 780x955x255 мм; масса -- не более 175 кг.

Редуктор со встроенным фрикционом представляет собой отдельный узел, монтируемый в корпусе электропривода (рис. 2.31). Редуктор состоит из чугунного корпуса с крышкой, внутри которого находятся стальные валы-шестерни, зубчатые колеса нормального цилиндрического зацепления, а также фрикционной муфты, смонтированной внутри зубчатого колеса.

Фрикционная муфта состоит из четырех подвижных и четырех неподвижных стальных дисков. Подвижные диски соединены с зубчатым колесом, а неподвижные диски расположены на втулке, которая соединена шпонкой с валом - шестерней. Сжимаются диски тремя тарельчатыми пружинами при помощи регулировочной гайки. Усилие фрикционного сцепления регулируется от 1000 до 7000 Н.

Вращение от электродвигателя на редуктор передается через муфту, расположенную на квадрате вала-шестерни редуктора.

Блок главного вала и автопереключателя (см. рис. 2.30) состоит из чугунного основания, на котором установлены две контактные колодки, имеющие по три пары контактных пружин на каждой. Между колодками на осях в чугунном основании помещаются свободно поворачиваемые стальные рычаги с зубьями. На этих рычагах укреплены колодки с тремя латунными контактными ножами каждая, из них два узких для контрольных цепей и один широкий для рабочей цепи.

Под действием двух пружин растяжения, закрепленных параллельно на упорных рычагах, ножевой рычаг с зубом контактными ножами врублен в контактные пластины на глубину не менее 9 мм.

Над контактными колодками установлены защитные кожуха из прозрачной пластмассы для предохранения контактов от попадания на них капель конденсата. железнодорожная автоматика кабельный сигнализация

Контрольные линейки имеют вырезы, в которые попеременно при ходе их вместе с остряками стрелок попадают зубья рычагов. Над контактными пружинами, предназначенными для контрольных цепей, расположены обогревательные элементы для обогрева контактов с целью исключить обледенение, ведущее к потере контроля положения стрелок. Питание обогревательного элемента осуществляется переменным током частотой 50 Гц, напряжением 220 В с последующим понижением напряжения трансформатором ПОБС-5А до 24 В. Обогреватели в электроприводе выключаются блокировочным контактом курбельного выключателя. Сезонное включение и выключение обогревательного элемента осуществляется специальными предохранителями, устанавливаемыми в релейных шкафах, кабельных ящиках и т.д. Электропривод закрывается сварной стальной крышкой, имеющей уплотнение из резины. Изнутри электропривод запирается специальным замком.

Внутри электропривода установлен курбельный выключатель, блокировочные контакты которого исключают возможность управления по команде с поста электрической централизации в момент открытия заслонки. При снятом электродвигателе электропривод может быть переведен на ручное управление рукояткой при помощи специальной оси, надеваемой на выступающий из редуктора квадрат вала-шестерни.

Работа электропривода начинается с момента подачи напряжения на блок электродвигателя. Вал электродвигателя, вращаясь, через муфту и систему механической передачи редуктора приводит во вращение зубчатое колесо с упором, которое "выжимает" ролик одного из упорных рычагов и выводит конец этого рычага из выреза диска главного вала. Одновременно с этим упорный рычаг переключает через ролик рычаг с зубом с установленными на нем контактными ножами из контрольного положения в рабочее. После поворота на 46° зубчатое колесо с упором вращает диск главного вала шиберной шестерни (см. рис. 2.31).

В начале вращения главного вала шиберной шестерни один из запорных зубьев шестерни отпирает запорный зуб рабочего шибера со стороны прижатого остряка и профилем эвольвенты запорного зуба шестерни заставляет перемещаться рабочий шибер, одновременно зацепляясь с рабочими зубьями шестерни в том же направлении.

В конце перевода стрелки рабочий шибер останавливается, и упорный рычаг под действием двух параллельных пружин растяжения попадает в вырез диска главного вала шиберной шестерни. Одновременно с этим рычаг с зубом и контактными ножами под действием упорного рычага переключается и замыкает контрольные контакты, размыкая при этом рабочие контакты. В конце перевода другой запорный зуб шестерни запирает другой запорный зуб рабочего шибера со стороны второго прижатого остряка.

Контрольные линейки служат для контроля отвода другого остряка от рамного рельса на расстоянии не менее 125 мм. При взрезе стрелки электропривод подлежит тщательному техническому осмотру.

2.2.3 Рельсовые цепи

2.2.3.1 Выполняемые функции и структурные схемы

Современные автоматические и автоматизированные системы регулирования движения поездов на железных дорогах базируются на первичной дискретной информации о состоянии пути. Такую информацию собирают и формируют первичные путевые датчики.

По принципу устройства и действия они могут быть точечными и непрерывными.

Наибольшее распространение получили путевые датчики непрерывного типа, которые обладают большими функциональными возможностями и могут применяться в различных эксплуатационных условиях - на перегонах, станциях, сортировочных горках и др.

В качестве путевого датчика непрерывного типа на железных дорогах используются электрические рельсовые цепи.

Электрической рельсовой цепью, или сокращенно рельсовой цепью (РЦ), называется путевой датчик состояния железнодорожного пути, воспринимающим элементом которого является рельсовая линия. Благодаря этому устанавливается непрерывная связь между подвижным составом и устройствами, регулирующими движение поездов и обеспечивающими его безопасность.

В наиболее ответственных случаях - на перегонах и станциях, где происходит движение поездов с большими скоростями, РЦ фиксирует наличие подвижного состава на изолированном путевом участке и целость рельсовых нитей (отсутствие полного механического и электрического разрыва рельсовой нити), т. е. состояния РЦ, наиболее опасные для движения поездов. При отсутствии подвижного состава и исправности рельсовых нитей РЦ формирует сигнал, эквивалентный логической единице. Если рельсовая цепь занята или рельсовая нить электрически разорвана, РЦ формирует сигнал, соответствующий логическому нулю. Информацию о состоянии пути и целости рельсовой нити известные до настоящего времени схемы РЦ не разделяют, но такое разделение информации о состоянии путевых участков весьма желательно.

В ряде случаев РЦ выполняют лишь функции путевого датчика, фиксирующего только наличие подвижного состава на изолированном участке или факт проследования поездом определенной точки пути.

Одним из важных качеств РЦ является возможность использования их также в качестве телемеханического канала связи между смежными пунктами (сигнальными точками) в кодовой автоблокировке (АБ) и передаче оперативной информации с пути на локомотив в системах автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН).

Рельсовые цепи выполняют разнообразные и очень ответственные функции, работают в различных эксплуатационных условиях (на перегонах, станциях, сортировочных горках, в зоне переездов и др.) при различных видах тяги.

В связи с ростом скоростей и интенсивности движения, а также массы поездов требования к РЦ как путевым датчикам и телемеханическим каналам повышаются и расширяются, в то время как условия, в которых они работают, все время усложняются: повышаются уровни и расширяется спектральный состав помех от тяговых токов и энергосистем, а также от токов поездного централизованного электрического освещения и отопления пассажирских вагонов; ухудшаются электрические параметры рельсовых линий, особенно при железобетонных шпалах, и др.

Для удовлетворения требований к РЦ при указанных условиях приходится непрерывно изыскивать новые методы и технические средства. В связи с этим на дорогах применяют большое количество различных типов и разновидностей РЦ.

Рис. 2.32. Простейшая рельсовая цепь

Наиболее простой является РЦ постоянного тока с непрерывным питанием (рис. 2.32), состоящая из рельсовой линии (рельсовые нити со стыковыми соединителями С); передающего конца с источником электрической энергии и ограничивающим резистором (ограничителем) R₀; приемного конца с приемником электрической энергии - путевым реле П. В большинстве случаев источник и приемник расположены на разных концах рельсовой линии, а реле П возбуждено. По концам на каждой рельсовой нити устанавливают изолирующие стыки ИС, электрически разделяющие ее со смежными цепями. Ток I_c, посылаемый в рельсовую линию для контроля ее состояния, называют сигнальным током.

Более сложными являются РЦ, используемые в качестве телемеханического канала связи в кодовых системах автоблокировки и непрерывных системах АЛС.

Общую структурную схему РЦ для кодовой АБ с числовым кодом (рис. 2.33) образуют следующие звенья: источник И или генератор Г, получающий питание от сети переменного тока частотой f_п и вырабатывающий сигнальный ток частотой f_c, решающее звено РЗ, управляющее шифратором сообщений, роль которого выполняет дешифратор, отражающий состояние впереди лежащей рельсовой цепи РЦЗ, шифратор Ш, модулирующий переменный ток частотой f_c в соответствии с передаваемыми кодовыми сигналами; линейный передатчик ЛП; линия связи - промежуточная и защитная аппаратура ПА1 и ПА2 и рельсовая линия; путевой приемник - фильтр, усилитель, выпрямитель и импульсное путевое реле ИП, путевой дешифратор ПД, связанный с выходом путевого приемника и управляющий светофором СВ1, путевой объект управления ПОУ - напольный светофор СВ1.

Путевой приемник, соединенный с рельсовой линией кондуктивно или индуктивно, при свободности линии получает кодовые сигналы и через дешифратор управляет светофором. Поэтому пусковой узел в рельсовой цепи отсутствует. Пусковой импульс посылает сама РЦ, сопротивление передачи которой резко увеличивается при шунтировании рельсовой линии колесными парами поезда. Следовательно, функцию задающего элемента в РЦ, как в телемеханическом канале, выполняет рельсовая линия, что является характерной чертой железнодорожных систем автоматического управления. Если линия свободна от подвижного состава и исправна, то кодовые сигналы поступают к путевому приемнику и на светофоре, ограждающем данную РЦ, появляется разрешающее показание; если же линия занята подвижным составом или повреждена, то кодовые сигналы не могут вызвать срабатывание приемника и на светофоре загорается красный огонь Выбор кодового сигнала или позиция шифратора Ш определяется состоянием впереди лежащего блок-участка (по ходу поезда).

Рис. 2.33. Структурная схема РЦ как путевого датчика и телемеханического канала

В непрерывных системах АЛСН связь локомотивного приемника с рельсовой линией устанавливается лишь после вступления локомотива на ее входной конец. При этом образуется односторонний телемеханический канал, в состав которого входят узлы 1-6 РЦ. Роль узла 7 выполняют приемные локомотивные катушки ПК (7'), размещенные над рельсами. Между рельсовой линией и этими катушками устанавливается индуктивная связь через воздушный промежуток, входящий в состав линии связи телемеханического канала АЛС. Структурная схема большинства других видов РЦ может быть получена из схемы рис. 2.33 путем исключения или небольшой корректировки некоторых ее узлов.

2.2.3.2 Режимы работы и основные требования

Постольку рельсовая линия используется как задающий элемент автоматизированной системы, методически удобно различать три вида внешних воздействий на рельсовую линию (рис. 2.34): непрерывные воздействия, связанные с изменением параметров рельсовой линии от внешних факторов (температуры, влажности и др.); дискретные воздействия, изменяющие структуру схемы замещения рельсовой линии при наложении поездного шунта, полном электрическом разрыве рельса и повреждении любого узла рельсовой цепи; непрерывные или дискретные помехи, которые не влияют на параметры или структуру схемы замещения цепи, а вызывают вследствие электрического и магнитного влияния или гальванической связи появление на входе приемника мешающих или опасных электродвижущих сил или токов.

Рис. 2.34. Схема воздействий на рельсовую цепь

Реакция цепи на все эти воздействия проявляется в изменении уровня и фазы сигнала на входе путевого приемника.

При заданном сопротивлении приемника уровень сигнала определяется током или напряжением на входе, а фаза сигнала - фазовым сдвигом их относительно опорного (местного) напряжения U_м. В тех случаях, когда источником в РЦ являются трансформаторы и аккумуляторы с малым внутренним сопротивлением, можно практически считать, что эти источники имеют не зависящее от нагрузки напряжение U, т. е. являются генераторами напряжения. Поскольку ток на входе приемника I_п=U/Z_п, то при U=const реакция цепи на внешнее воздействие характеризуется изменением сопротивления передачи всей цепи Z_п.

Заданная реакция цепи на внешнее воздействие получится в том случае, если сопротивление Z_п будет изменяться соответствующим образом при каждом воздействии. Такой характер изменения этого сопротивления достигается правильным выбором схем и параметров всех узлов РЦ, в том числе и путевого приемника.

В РЦ применяются приемники с дискретным выходом (рис. 2.35), граничные характеристики 1 которых определяются током (напряжением) срабатывания I_ср и током (напряжением) несрабатывания I_нср, при этом I_нср=k_вI_cp, где k_в < 1 - коэффициент возврата приемника.

Чем совершеннее дискретный приемник, тем выше его коэффициент возврата и тем уже область между его граничными характеристиками.

Дискретный приемник имеет два устойчивых состояния, соответствующих областям надежного срабатывания 2 и несрабатывания 3. Нижняя граница области 2 определяется рабочим уровнем сигнала I_р. В расчетах и исследованиях принимают I_p=k_ЗсрI_cp, где k_Зср - коэффициент запаса по срабатыванию (1,0 - для электромагнитных и индукционных реле при непрерывном питании, т.е. U_p= U_ср и I_p=I_cp ; 1,2 - для импульсных путевых реле, т.е. U_p = 1,2·U_ср и I_р = 1,2·I_cр).

Верхняя граница области 2 определяется допустимым для данного конкретного приемника сигналом перегрузки I_рпер=k_перI_р, где k_пер>1-допустимый коэффициент перегрузки приемника берется по паспорту реле.

Верхняя граница области 3 характеризуется уровнем сигнала надежного несрабатывания I_ннcр=k_знсрI_нcр, где k_знср < 1 - коэффициент запаса по несрабатыванию приемника [0,6 - для электромагнитных реле; 0,9 - для индукционных (секторных) реле переменного тока и поляризованных импульсных реле постоянного тока]. Разрывы между граничными характеристиками приемника 1 и областями 2 и 3, определяемые коэффициентами запаса k_зср и k_знср, повышают надежность работы приемника в реальных условиях, но снижают его эксплуатационный коэффициент возврата. С учетом этих коэффициентов вводится понятие о коэффициенте надежного возврата приемника k_вн=k_вk_знср/k_зср.

Рис. 2.35. Граничная характеристика и области работы дискретного приемника

Указанные на рис. 2.35 граничные характеристики приемника справедливы лишь при постоянном напряжении генератора U. Если же напряжение генератора из-за изменения напряжения питающей сети колеблется от минимума до максимума, то расширяется область граничных характеристик приемника и, следовательно, уменьшается его коэффициент надежного возврата. В этом случае при расчетах и анализе рельсовых цепей принимается приведенный коэффициент надежного возврата k'_вн=k_вн/k_и, где k_и=U_max/U_min - допустимый коэффициент колебания напряжения источника 1,26 - для аккумуляторов, работающих в буфере с выпрямителями; 1,21 - для трансформаторов, питающихся от высоковольтных линий; 1,05 - для статических параметрических преобразователей частоты, которые обладают частичной способностью стабилизации выходного напряжения.

Сопротивление Z_п исправной и свободной цепи во всем диапазоне непрерывного воздействия должно изменяться так, чтобы на вход приемника поступал сигнал, соответствующий области 2. При обоих видах дискретного воздействия сопротивление Z_п должно увеличиться настолько, чтобы уровень сигнала на входе приемника достаточно снизился и находился в области 3. Последнее требование определяется характером дискретного приемника, который и при наложении шунта и повреждении рельса выдает на выходе информацию, эквивалентную занятости путевого изолированного участка.

Дискретное воздействие при обеих формах не является стабильным, и степень его влияния на сопротивление Z_п зависит от дополнительных факторов: изменения координаты шунта на рельсовой линии, вероятности возникновения повреждения рельса в любой точке рельсовой линии, влияния обходных путей через смежные цепи и др.

Из-за указанных обстоятельств синтез схемы РЦ по заданной ее реакции на дискретные и непрерывные воздействия является довольно сложным и не всегда применимым для инженерных или учебных целей, тем более, что разрешимые задачи синтеза имеют множество решений. Поэтому при анализе исследуется реакция цепи на каждое воздействие отдельно и сложный процесс работы цепи расчленяется на три основных режима, соответствующих различным воздействиям: нормальный, когда цепь исправна и свободна; шунтовой, когда рельсовая линия шунтирована колесными парами; контрольный, когда рельсовая нить повреждена.

Так как во всех этих режимах рельсовая линия может находиться в любой фазе непрерывного воздействия, то для упрощения задачи выбирается такая его фаза, при которой создаются наиболее тяжелые условия для каждого из рассматриваемых режимов. Поскольку непрерывное воздействие выражается в изменении первичных параметров рельсовой линии, можно считать, что на условия работы цепи в каждом из режимов влияют независимые переменные величины: проводимость изоляции у_и, сопротивление рельсов z, напряжение генератора U, относительная координата рельсовой линии р. Относительная координата рельсовой линии (рис. 2.36) p=x/l, где l - длина рельсовой линии, м; х - абсолютная координата рельсовой линии, численно равная расстоянию от координаты до приемного конца, м

Значения абсолютной и относительной координат изменяются в пределах: 0<x<l, 0<p<1.

Рис. 2.36. Абсолютная и относительная координаты рельсовой линии

В нормальном режиме уровень сигнала на входе приемника должен быть не ниже уровня надежного срабатывания, поэтому критическим для этого режима является такой набор значений независимых переменных, при котором создаются наиболее тяжелые условия для передачи сигналов по рельсовой линии, т. е. когда затухание сигнала в ней будет максимальным: z_mах (максимальное удельное сопротивление рельс), y_max (максимальная удельная проводимость изоляции) и U_min (минимальное напряжение источника питания).

Для нормального режима понятие о критической координате прямого смысла не имеет, так как при свободной и исправной РЦ на рельсовой линии нет ни шунта, ни поврежденного рельса. В этом случае можно считать, что для данной РЦ шунт и место повреждения рельса находятся вне пределов рельсовой линии, т. е. 0 > р > 1.

В шунтовом режиме, наоборот, уровень сигнала на входе приемника должен быть не выше уровня его надежного несрабатывания, поэтому критическим для этого режима является такой набор значений независимых переменных параметров, при котором создаются наиболее благоприятные условия для передачи сигналов по рельсовой линии: z_min, y_иmin, U_max и p_шкр., где p_шкр критическая относительная координата наложения шунта (место, на которое при наложении шунта сопротивление передачи оказывается минимальным).

В контрольном режиме, так же как и в шунтовом, уровень сигнала на входе приемника не должен быть выше уровня его надежного несрабатывания, поэтому критический набор значений независимых переменных тоже должен соответствовать наилучшим условиям для передачи сигналов по рельсовой линии.

Однако при разрыве рельса создается совершенно иное изменение структуры схемы замещения рельсовой линии, чем при шунтовом режиме, из-за того, что при полном электрическом разрыве одного из рельсов электрически не разрывается тракт передачи сигналов, поскольку создаются обходные пути места разрыва по земле. Вследствие этого критическое значение проводимости изоляции g_икp при контрольном режиме лежит в пределах g_иmin <g_икp<g_иmаx. Поэтому критический набор значений независимых переменных для контрольного режима составляют z_mах, g_икp, U_max и р_кпкр (табл. 2.2).

В связи с тем, что на перегонах с автоблокировкой (АБ) и на станциях с электрической централизацией (ЭЦ) накладываются устройства автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, основные виды РЦ должны проектироваться с учетом режима АЛСН, при котором проверяется надежная работа локомотивных устройств по заданному (нормативному) току, который должен быть в рельсах под приемными катушками локомотива при вступлении его на самый удаленный участок от источника тока РЦ, т.е. при р_ш = 0.