close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

936

код для вставкиСкачать
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Объекты управления и контроля в железнодорожных системах
автоматики и телемеханики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Состав объектов управления и контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Устройство стрелочных переводов и их классификация . . . . . . . .
1.3. Основные устройства и системы сигнализации на железнодорожном транспорте . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1. Назначение и классификация сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2. Виды светофоров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3. Размещение светофоров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.4. Основы сигнальной светотехники . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4. Путевые участки и способы их контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.1. Средства контроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.2. Устройство и классификация точечных датчиков . . . . . . . . . . . .
1.4.3. Устройство и классификация рельсовых цепей . . . . . . . . . . . . . .
2. Основы теории рельсовых цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Особенности работы и расчета рельсовых цепей . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Первичные параметры рельсовой линии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Вторичные параметры рельсовой линии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4. Уравнения и рабочие параметры рельсовой линии . . . . . . . . . . . . .
2.5. Схемы замещения рельсовых цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6. Расчет и анализ нормального режима . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7. Расчет и анализ шунтового режима . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8. Расчет и анализ контрольного режима . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Классификация систем железнодорожной автоматики
и телемеханики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Технико-экономическая эффективность устройств железнодорожной
автоматики и телемеханики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Решение вопросов надежности при построении функциональных
цепей и узлов железнодорожной автоматики и телемеханики . . . . . . . . .
Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5
7
7
7
9
9
10
13
14
20
20
20
22
25
25
25
28
29
31
33
35
38
39
45
46
49
50
4
ВВЕДЕНИЕ
Железнодорожный транспорт России в настоящее время является основным видом транспорта для перевозки людей и грузов. На сегодняшний день
железные дороги Российской Федерации представляют собой развитую сеть
одно-, двух- и многопутных линий, состоящих из раздельных пунктов (проходных светофоров, блок-постов, разъездов, обгонных пунктов, станций) и перегонов. Пути перегонов, продолжаясь в пределах станций, связываются с помощью стрелок с определенным путевым развитием в виде приемоотправочных,
погрузочно-выгрузочных, сортировочных, деповских и иных путей, ветвей на
заводы, карьеры и т. п., тупиков.
Погрузка – разгрузка, формирование – расформирование поездов, прицепка – отцепка локомотивов, перевозка грузов, их хранение, обслуживание
пассажиров составляют эксплуатационную работу железнодорожного транспорта, которая оценивается количественными, качественными и экономическими показателями.
Эксплуатационная работа железных дорог, как и любой производственный процесс, включает в себя три взаимосвязанных цикла: планирование (П),
реализацию плана (Р) и статистику (С). Основу цикла П составляет план перевозок ОАО «Российские железные дороги» («РЖД»). С учетом этого плана составляется план формирования и расформирования поездов. Деятельность всех
подразделений железнодорожного транспорта объединяет график движения поездов, который увязывается с планом их формирования – расформирования и
организацией местной работы. Реализация плана осуществляется диспетчерским руководством (оперативно-распорядительными отделами ОАО «РЖД»,
дорог, поездными диспетчерами ДНЦ, дежурными по станции ДСП) с использованием соответствующих технических средств. Цикл С предназначается для
сбора сведений о выполнении плана и сопутствующих ему учетных данных с
целью оперативного изменения плана или составления нового. От правильной
взаимосвязи этих важнейших элементов в значительной мере зависят качество
и уровень эксплуатационной работы железнодорожного транспорта.
Реализация плана (графика движения поездов) на ограниченном участке
в определенный период требует своевременного и безопасного перемещения людей и грузов. Отсюда вытекает необходимость в обеспечении
5
соответствующими средствами условий безопасности движения поездов (свободности путевых участков в границах передвижения, исключения всякого рода враждебных передвижений, а в пределах станции – еще и установки стрелок
в нужное положение, после чего – подачи машинисту сигнала, разрешающего
движение). Установленный при этом путь следования называется маршрутом.
Реализация множества безопасных передвижений по различным маршрутам
обеспечивается процессом оперативного управления.
Уже в первые годы существования железных дорог стремились механизировать процессы, связанные с приготовлением маршрутов, т. е. облегчить физический труд человека. Ручное перемещение стрелочных и сигнальных тяг заменялось механизированным с использованием энергии сжатого воздуха или
жидкости, электрического тока. Применение соответствующих устройств
(пневмо-, гидро-, электроприводов), как правило, позволяло ускорить приготовление маршрутов, а следовательно, увеличить пропускную способность станции.
Одновременно с механизацией решались вопросы автоматизации процессов установки маршрутов, т. е. осуществлялось внедрение устройств, облегчающих функции управления. К техническим средствам автоматизации относятся различного рода системы путевой блокировки, централизации стрелок
и сигналов. Эти средства позволяют регулировать движение поездов по заданным алгоритмам, обеспечивать безопасность перевозочного процесса, а также
осуществлять телеуправление и контроль объектов на любом расстоянии.
Устройства механизации и автоматизации производственных процессов
в сфере оперативного управления движением поездов получили название
устройств СЦБ (сигнализации, централизации и блокировки). Долгое время в
качестве элементной базы для их построения использовались реле. Однако в
настоящее время вид и функции этих устройств настолько изменились и расширились, что далеко выходят за рамки понятия СЦБ и более точно определяются понятием «Устройства автоматики и телемеханики по оперативному
управлению движением поездов». Для построения названных устройств применяются средства электронной и вычислительной техники, включая микропроцессоры. В перспективе устройства СЦБ должны составить единую автоматизированную сеть управления железнодорожным транспортом (АСУ ЖТ) с использованием магистральных линий и радиоканалов ОАО «РЖД».
6
1. ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ
СИСТЕМАХ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
1.1. Состав объектов управления и контроля
В настоящее время в области оперативного управления движением поездов автоматическому управлению и контролю подлежат следующие объекты:
– стрелочные переводы;
– сигнальные приборы;
– путевые участки;
– разъединители ВВЛ АБ;
– переключатели рода тока в контактной сети;
– вагонные замедлители;
– горочный локомотив;
– буксовый узел подвижного состава;
– тормозные упоры на станционных путях;
– устройства контроля схода подвижного состава.
1.2. Устройство стрелочных переводов и их классификация
Стрелочные переводы (рис. 1.1) предназначаются для перемещения подвижного состава с одного пути на другой.
Рис. 1.1. Схема стрелочного перевода
7
Основными конструктивными элементами стрелочного перевода являются следующие: 1 – рамные рельсы; 2 – остряки; 3 – межостряковая тяга; 4 –
переходные кривые; 5 – контррельсы; 6 – усовики; 7 – сердечник.
Усовики и сердечник образуют крестовину стрелочного перевода. Крайнее положение остряков стрелки, ведущее по прямому пути, называется плюсовым (+), оно принимается за нормальное. Положение остряков, ведущее на боковой путь, называется минусовым (–).
По противошерстной стрелке подвижной состав проходит в направлении
от остряков к крестовине, а по пошерстной – от крестовины к острякам. При
противошерстном движении прижатый остряк должен плотно прилегать к рамному рельсу, иначе может произойти отжатие остряка гребнем бандажа колесной пары, что приведет к сходу подвижной единицы. При пошерстном движении и неустановленной стрелке может произойти ее взрез, т. е. принудительный
перевод стрелки колесной парой подвижного состава. Таким образом, после
каждого перевода остряки стрелки должны быть механически заперты, а движение должно осуществляться только по разрешающему показанию сигнала.
Стрелочные переводы классифицируются по маркам крестовины. Марка
крестовины (М) есть тангенс угла сходящихся на стрелке путей. Согласно правилам технической эксплуатации (ПТЭ) на главных и приемоотправочных пассажирских путях М = 1/11, грузовых – 1/9. На сортировочных горках применяются симметричные переводы с М, равной 1/6.
При скоростном движении поездов (120 – 160 км/ч) на главных путях укладывают стрелки с М, равной
1/18 и 1/22. Кроме обычных одиночных стрелочных переводов для переа
б
мещения с одного параллельного пути на другой применяют спаренные Рис. 1.2. Виды стрелочных переводов:
стрелки (съезды), иногда – глухое пе- а – съезд; б – глухое пересечение двух
съездов
ресечение двух съездов (рис. 1.2).
Основные требования по содержанию стрелочных переводов заключаются в следующем. Согласно ПТЭ зазор между прижатым остряком и рамным
рельсом должен быть менее 4 мм, а отжатый остряк отведен от рамного рельса
8
на расстояние не менее 125 мм. В этом положении стрелка должна быть механически надежно запертой, для чего применяются различного рода приводозамыкатели МЦ, ЭЦ. Не допускается держать в пути стрелочный перевод, если он
имеет такие неисправности, как разъединение остряков; выкрашивание остряков 200 мм на главных и 300 мм на боковых путях; вертикальный износ рамных
рельсов Р50 на 8, 10, 12 мм соответственно на главных, боковых и прочих путях; понижение остряка против рамного рельса на 2мм и более; излом остряка,
рамного рельса, крестовины, сердечника, усовика; разрыв хотя бы одного
контррельсового болта.
1.3. Основные устройства и системы сигнализации
на железнодорожном транспорте
1.3.1. Назначение и классификация сигналов
Сигнализация – средство регулирования и обеспечения безопасности
движения поездов. Сигнализацию на железнодорожном транспорте используют
для передачи при помощи условных знаков (сигналов) определенной информации. При следовании поездов и маневровой работе сигнализация содержит указания о допустимой скорости движения, обеспечивая тем самым безопасность и
четкую организацию движения.
В ряде случаев сигналы несут дополнительную информацию о количестве свободных впереди блок-участков, пути приема (главном или боковом),
порядке следования по станции (с остановкой или на проход), маршруте отправления на примыкание, приближении поезда к объекту и др. Управляемые с
помощью средств автоматики и телемеханики сигналы подразделяются на звуковые (ревуны, звонки) и видимые.
К видимым относятся сигналы формы и цвета. В сигналах формы сигнальное показание дается как в виде формы сигнального тела, так и в виде его
положения на носителе. К таковым относятся семафоры, диски сквозного прохода, щиты.
В сигналах цвета сигнальное показание передается путем окраски светового потока, исходящего от специального источника. К таким сигналам относятся светофоры. Основными сигнальными цветами являются зеленый,
разрешающий движение с установленной скоростью; желтый, разрешающий
9
движение и требующий уменьшения скорости; красный, требующий остановки.
При маневровой работе применяют лунно-белый цвет, разрешающий маневры,
и синий – запрещающий. Все сигналы устанавливают с правой стороны по ходу
движения. Они предназначаются для восприятия с определенного расстояния.
Число сигнальных показаний характеризуется сочетанием нескольких сигнальных знаков. У светофоров различают нормально горящие сигнальные огни,
нормально негорящие, непрерывно горящие и мигающие (периодически загорающиеся и гаснущие). Мигающие огни светофоров должны иметь продолжительность горения 1 с, перерыв – 0,5 с. У переездных светофоров продолжительность горения и перерыва составляет 0,75 с. Основным сигнальным прибором в устройствах СЦБ является линзовый светофор, который в светлое и темное время суток подает сигналы цветными огнями (сигнал круглосуточного
действия).
1.3.2. Виды светофоров
Светофоры являются постоянными сигналами и устанавливаются с целью
получения межпоездных интервалов в виде определенных расстояний и для
ограждения пунктов, требующих такого ограждения.
По принципу действия светофоры бывают автоматические и полуавтоматические, по способу питания – непрерывные и мигающие.
По функциональному назначению светофоры подразделяются на основные и предупредительные. К основным относятся входные, выходные, проходные, маршрутные, прикрытия, заградительные, маневровые и горочные.
К предупредительным относятся повторительные и локомотивные светофоры.
Предупредительные сигналы оповещают о показаниях основных или ограждают места, требующие остановки при опасности для движения. Локомотивные
светофоры установлены в кабине машиниста локомотива и повторяют показания основных светофоров.
По районам применения светофоры делят на перегонные, станционные и
горочные. К перегонным относятся проходные, прикрытия, заградительные
(могут быть на станции) и предупредительные светофоры. Проходные светофоры подают сигналы, разрешающие или запрещающие поезду следовать с одного блок-участка перегона на другой. Для перегонного пути с односторонним
10
движением нормальным показанием проходных светофоров является разрешающее. На перегонном пути с двусторонним движением проходные светофоры в
неустановленном направлении не имеют сигнальных показаний. При повреждениях в электрических цепях устройств СЦБ светофоры автоматически принимают запрещающее показание, а предупредительные – показание, соответствующее запрещающему показанию основных светофоров.
По значению запрещающего показания светофоры подразделяются на абсолютные, проезд которых ни при каких условиях не разрешен, абсолютноразрешительные, проезд которых возможен по истечении трехминутной остановки и далее – со скоростью не более 20 км/ч, и условно-разрешительные,
проезд которых для одних категорий поездов запрещен, а для других разрешен
с пониженной скоростью (на мачте установлен отражатель «Т» или горит белый огонь).
Светофоры прикрытия используют для ограждения мест пересечений железных дорог в одном уровне другими железными дорогами, трамвайными путями и троллейбусными линиями, для ограждения разводных мостов, а также
участков путей, проходимых с проводником.
Заградительные светофоры требуют остановки при опасности для движения, возникшей на переездах, крупных искусственных сооружениях и в обвальных местах, а также при ограждении составов для осмотра и ремонта вагонов на
станции. Заградительные светофоры относятся к нормально негорящим светофорам.
Предупредительные светофоры подают сигналы, заблаговременно оповещающие о показаниях входного, проходного, заградительного светофоров
или светофора прикрытия.
К станционным относятся входные, выходные, маршрутные, повторительные и маневровые светофоры. Входной светофор разрешает или запрещает
поезду следовать с перегона на станцию, а выходной – со станции на перегон.
Маршрутный светофор разрешает или запрещает поезду проследовать из одного района станции в другой. Повторительный светофор оповещает о разрешающем показании выходного или маршрутного светофоров и о показаниях горочного, когда по местным условиям видимость основного светофора не обеспечивается. Повторительные светофоры относятся к нормально негорящим светофорам. Маневровый светофор подает сигналы, разрешающие или запрещающие маневровые передвижения по станции.
11
Нормальное состояние станционных светофоров запрещающее. Открытие
светофора осуществляет ДСП после приготовления маршрута.
На входных (маршрутных) и выходных светофорах главных путей на
двухпутный участок с автоблокировкой во избежание задержки поездов при
невозможности открыть светофор из-за неисправности устройств СЦБ вместо
выдачи машинисту специального разрешения применяют мигающий пригласительный сигнал – один лунно-белый огонь. Пригласительный сигнал применяют также на выходных светофорах с боковых путей, по которым осуществляется безостановочный пропуск поездов, а также на выходных светофорах с боковых путей при удалении их на расстояние 600 м и далее от помещения ДСП или
места нахождения работника, вручающего разрешение на бланке зеленого цвета на проследование закрытого выходного светофора.
Горочный светофор разрешает или запрещает роспуск вагонов с горки
при расформировании прибывших на сортировочную станцию поездов. Локомотивный светофор разрешает или запрещает поезду следовать по перегону с
одного блок-участка на другой, а также предупреждает о показании путевого
светофора, к которому приближается поезд.
На станциях к сигнальным приборам примыкают различного рода маршрутные указатели, которые сигнализируют либо цифрами, либо буквами. Их
сигнальные показания могут обозначать путь отправления при групповых выходных светофорах, скорость толкания предназначенного для роспуска с горки
состава, род тяги на подходах к станциям стыкования постоянного и переменного тока и др.
По конструкции светофоры разделяют на мачтовые, мостиковые, консольные и карликовые. У мачтового светофора сигнальная головка помещается
на мачте; у мостикового и консольного – соответственно на кронштейнах мостика и консоли, у карликового – на бетонном основании. Мачтовые, мостиковые и консольные светофоры устанавливают на перегонах и станциях, а карликовые – только на станции. Благодаря низкому расположению сигнальной головки карликовые светофоры размещают в тех местах, где габарит между путями мал, поэтому данные светофоры применяют в качестве выходных с боковых путей, маневровых, а также входных, предназначенных для приема поездов
по неправильному пути. Мостиковые и консольные светофоры используют в
тех случаях, когда по условиям габарита невозможна установка светофорных
12
мачт в междупутье. Мачтовые светофоры устанавливают в качестве поездных
на главных путях станций двухпутных участков в правильном направлении, а
также на боковых путях, по которым осуществляется безостановочный пропуск
поездов со скоростью 50 км/ч. В качестве мачтовых используют групповые выходные светофоры, дополненные маршрутными указателями; горочные светофоры и их повторители; маневровые светофоры с подъездных путей, если длина путей более 500 м или видимость карликового светофора менее 200 м. Поездной светофор (мачтовый или карликовый) может иметь лунно-белый огонь,
разрешающий производство маневровой работы в районе станции.
По типу светофорной головки различают линзовые, прожекторные и светодиодные светофоры. У линзового и светодиодного светофоров каждому цветному сигнальному огню соответствует отдельная оптическая система, а у прожекторного одна оптическая система подает последовательно три различных
цветных огня с помощью светофильтров подвижной рамки. До появления светодиодных светофоров преимущественное применение имел линзовый светофор как обладающий наименьшим количеством недостатков. Использование
прожекторных светофоров зависит от климатических условий, влияющих на
работоспособность подвижной рамки со светофильтрами. Для повышения
надежности прожекторным светофором управляют по схемам с контролем возвращения рамки со светофильтрами из разрешающего положения в красное после проезда светофора поездом.
1.3.3. Размещение светофоров
На перегонах и станциях светофоры размещают с правой стороны по
направлению движения или над осью ограждаемого ими пути с соблюдением
габарита приближения строений. Заградительные светофоры, устанавливаемые
на перегонах перед переездами для поездов, следующих по неправильному пути, можно располагать и с левой стороны по направлению движения. На прямых участках пути вновь строящихся и реконструируемых железнодорожных
линий мачтовые светофоры располагают на перегонах и станциях на расстоянии не менее 3100 мм от оси пути до выступающих частей светофора. В особо
трудных условиях это расстояние может быть уменьшено до 2700 мм на перегонах и до 2450 мм – на станциях. Карликовые светофоры при высоте не более
13
1100 мм (считая от уровня головки рельса) размещают на расстоянии 1920 мм
от оси пути до края фундамента светофора. При установке светофоров на кривых участках пути это расстояние увеличивают.
На участках с автономной тягой входные светофоры располагают не
ближе 50 м от первого входного стрелочного перевода, считая от остряка противошерстного или предельного столбика пошерстного стрелочного перевода.
Место установки входного светофора определяют с учетом наилучшей
видимости сигнала с приближающегося поезда, легкости трогания поезда после
остановки у запрещающего сигнала, обеспечения тормозного пути на участке
между входным и выходным светофорами по главному пути.
На участке с электротягой входные светофоры размещают перед воздушным промежутком (со стороны перегона), отделяющим контактную сеть перегона от контактной сети станции. Поэтому расстояние от входного светофора
до входного стрелочного перевода должно быть не менее 300 м.
Для приема на станцию поездов, подталкивающих локомотивов и хозяйственных поездов, следующих с перегона по неправильному пути, входные светофоры можно устанавливать с левой стороны по направлению движения при
отсутствии габарита для установки их с правой стороны.
Выходные светофоры устанавливают для каждого отправочного пути
впереди места, предназначенного для стоянки локомотива. Групповые
выходные светофоры можно устанавливать для группы путей, кроме тех, по которым производится безостановочный пропуск поездов. Показания выходных
светофоров зависят от системы сигнализации, принятой для движения поездов
по перегону (двух-, трех- или четырехзначной), от установленного маршрута на
станции, а также от свободности или занятости путевых участков перегона.
1.3.4. Основы сигнальной светотехники
Основные требования, предъявляемые ПТЭ к светофорам, заключаются в
обеспечении четкой видимости сигнальных показаний. Так, огонь проходного и
входного светофоров на прямом участке пути должен быть отчетливо виден на
расстоянии не менее 1000 м, на криволинейных участках – 400 м, в сильно
пересеченной местности – 200 м. Для огней выходных светофоров нормами
установлен наименьший предел видимости в 400 м, маневровых – 200.
14
В общем случае видимость сигналов цвета определяется как субъективными факторами (способностью человеческого глаза распознавать цвет), так и
объективными (состоянием атмосферы, контрастностью и др.). Дальность видимости сигнала цвета определяется по формуле:
L=103
Ic τL
е
,
(1.1)
где Ic – сила света сигнала, кд; τ – коэффициент прозрачности атмосферы на 1
км; е – освещенность на зрачке глаза, лк.
Так как в формуле (1.1) L входит под знак радикала, то определение
дальности расчетом затруднено, поэтому предварительно составляются различного рода таблицы и номограммы. Проанализируем подкоренное выражение в
уравнении (1.1).
Сила света необходимой величины достигается применением ламп определенной мощности и специальной конструкцией сигнальной оптики. При этом
сигнальная оптика должна не только обеспечивать нужное усиление светового
потока (т. е. иметь определенный коэффициент усиления Ку), но и концентрировать световой поток в требуемом направлении, а также исключать ложный
сигнал за счет отражения от оптики солнечных лучей.
Состояние атмосферы может повлиять на четкость восприятия сигнального цвета в случае снижения ее прозрачности. Уменьшение τ вызывает перераспределение волн в световом потоке таким образом, что зеленый огонь воспринимается как желтый, а желтый как красный. Лишь красный огонь оказывается наиболее устойчивым к изменению прозрачности атмосферы.
Освещенность на зрачке глаза, как установлено опытами ВНИИЖТа, вызывает различные ощущения в зависимости от цвета. Так, для красного цвета
минимальная пороговая освещенность на зрачке глаза днем составляет 600·10-6,
для зеленого – 900·10-6, для белого – 2000·10-6 лк.
С точки зрения контрастности сигнальных цветов по отношению к окружающему фону в наиболее неблагоприятном положении оказываются зеленый
и желтый цвета, а наиболее контрастен красный цвет. По сумме влияющих
факторов наиболее восприимчив зрением человека и устойчив красный цвет,
поэтому он выбран в качестве запрещающего всякое движение. Далее
15
разрешающим признан желтый и разрешающим абсолютно – зеленый. Красный, желтый и зеленый – поездные сигнальные цвета. Для маневровых передвижений в качестве запрещающего выбран синий цвет, разрешающего – белый. Требуемая окраска светового потока достигается за счет цветных светофильтров. К качеству их изготовления предъявляются повышенные требования.
На заводе-изготовителе цветность светофильтров определяется путем измерения их колориметром. В основу измерения положена трехкоординатная теория
получения цвета (R – красный, G – зеленый, В – синий).
Источник света, распространяющий световой поток во все стороны пространства с одинаковой силой, применять нерационально, так как подавляющая
часть потока будет затрачиваться бесполезно и мощность ламп светофоров
будет недопустимо большой. Во избежание этого применяют оптические системы, концентрирующие световой поток, что значительно увеличивает силу
света в требуемом направлении. При этом коэффициент усиления оптики
Ку =
I2
,
I1
(1.2)
где I2 – сила света пучка, вышедшего из оптики; I1 – сила света, падающего от
источника света.
От свойств и размеров оптической системы коэффициент усиления зависит следующим образом:
Ку = k
ω1
1 − cos α / 2
=k
,
1 − cos β / 2
ω2
(1.3)
где k – коэффициент потерь в стекле; ω1, ω2 – телесные углы охвата и рассеивания; α, β – плоские углы, соответствующие телесным углам охвата и рассеивания.
Коэффициент усиления Ку можно выразить и через геометрические размеры оптики:
D2
Ку = k 2 ,
d
где D, d – диаметры линзы и источника света.
16
(1.4)
Для светофоров можно применять только оптические системы с более
высоким коэффициентом усиления, которые не формируют ложный сигнал
вследствие отражения.
Рассмотрим варианты оформления сигнальной оптики. Преломляющий
тип оптики (рис. 1.3) не дает большого коэффициента усиления Ку, так как имеет небольшой угол охвата α. Ложное восприятие сигнала с линзовой оптикой
маловероятно, так как стеклянная поверхность баллона электрической лампочки, от которой отражаются лучи, попавшие внутрь головки светофора извне, не
дает достаточной силы света.
Солнечный луч
α
Рис. 1.3. Преломляющий (линзовый) тип оптики
Для того чтобы свести к минимуму влияние отраженных лучей, стеклянный баллон лампочки стремятся сделать как можно меньше, внутреннюю часть
сигнальной головки светофора окрашивают в черный цвет, а с внешней стороны головки навешивают защитный козырек. Поэтому считается, что линзовая
оптика является безопасной в отношении появления ложного сигнала.
Отражательный тип оптики (рис. 1.4)
Солнечный луч
позволяет получать бóльшие углы охвата α и, следовательно, более высокий коα
эффициент усиления. Однако высокая
отражательная способность параболического зеркала приводит к возникновеРис. 1.4. Отражательный тип оптики нию ложного сигнала вследствие отражения солнечных лучей или направленных пучков света, например, от локомотивного прожектора. По этой причине от применения отражательной оптики в
светофорах железнодорожного транспорта отказались.
17
В прожекторном светофоре применяется смешанная оптика – отражательная и преломляющая (рис. 1.5), в которой вследствие применения эллипсоидного отражателя свет от источника, помещенного в первом фокусе, собирается во втором фокусе. В месте второго фокуса располагают цветные светофильтры. Размер таких фильтров обычно меньше размера светофильтров преломляющей оптики, поэтому при изменении сигнальных показаний светофора
можно осуществлять их автоматическую смену, за счет чего достигается возможность подачи нескольких сигнальных показаний от одной оптической системы. Появление ложных сигналов исключено, так как отраженный луч от постороннего источника света будет всегда окрашен в тот же цвет, что и основной. Наличие отражателя позволяет получать значительные угол охвата и коэффициент усиления. Однако сложная конструкция таких светофоров снижает
эффективность их использования.
Солнечный луч
Рамка
со светофильтром
α
Рис. 1.5. Прожекторный тип оптики
На отечественных железных дорогах в основном применяются светофоры
с линзовой оптикой, реже – с прожекторной.
Нормально световой пучок, выходя из линзы светофора, расходится постепенно, а так как вблизи светофора он остается еще достаточно узким, то на
близком расстоянии от светофора (около 10 м) его показание может быть невидимым для машиниста. Для обеспечения достаточной видимости показаний
светофора вблизи него применяют установку отклоняющих вставок, представляющих собой круглую пластинку прозрачного стекла, имеющую зубчатые бороздки. Вставка устанавливается в линзовом комплекте так, чтобы она отклоняла лучи, падающие на центральную зону линзы, довольно круто (под углом
30º) вниз и в сторону сигнализируемого пути. Благодаря этому отклонению
18
обеспечивается видимость показаний светофора в непосредственной
близости от него.
В последние годы за рубежом, главным образом в США и Японии, разрабатываются и испытываются новые мощные источники света на основе полупроводниковых светодиодов, способных заменить лампы накаливания в широкой области светотехнических устройств. К ним относятся бортовые огни
транспортных средств, светофоры, навигационные огни, дорожные знаки, указатели, табло и т. д. Основанием для проведения таких работ является быстрый
прогресс в области технологии производства полупроводниковых излучающих
приборов, обеспечивающий стремительный рост их энергетической эффективности – светоотдачи. Предполагается, что со временем полупроводниковые источники света в большинстве случаев заменят лампы накаливания, как это произошло в шестидесятых годах с радиолампами, повсеместно вытесненными
транзисторами. Известно, что помимо выигрыша в эффективности полупроводниковые приборы несут в себе такие преимущества, как высокая надежность,
длительный ресурс работы, высокая механическая прочность и отсутствие
разогреваемых элементов, быстродействие, миниатюрность, конструктивная
гибкость и быстрое снижение стоимости при массовом производстве.
В настоящее время разработаны достаточно мощные светодиоды красного, желтого, зеленого, синего и белого цветов, что позволяет создать платформу
для комплексного решения по переводу светофорной сигнализации железнодорожного транспорта на эти перспективные источники света.
В 1995 г. по предложению специалистов Физико-технического института
им. А. Ф. Иоффе РАН, возглавляемого академиком Ж. И. Алферовым, начались
работы по практическому использованию отечественных светодиодов в
железнодорожных светофорах на Горьковской дороге. За это время были
уточнены требования к светотехническим и электрическим параметрам, схемотехнике, конструкции этих светодиодов, проведены испытания макетных и
опытных образцов. Было принято решение о том, что светодиодный источник
должен иметь конструкцию, позволяющую размещать его в светофорных головках вместо типового линзового комплекта. В 1997 г. Департаментом сигнализации, связи и вычислительной техники МПС России было утверждено задание на разработку светодиодного источника красного, желтого и зеленого цвета
«Светооптическая светодиодная система мачтовых железнодорожных светофоров» (ССС). На сегодняшний день пятилетние эксплуатационные испытания
19
доказали перспективность применения светодиодных железнодорожных модулей (СЖДМ). Такие достоинства, как экономичность, простота в обслуживании, современная элементная база, позволяют сделать вывод о том, что в скором времени СЖДМ полностью заменят линзовые и прожекторные светофорные системы.
1.4. Путевые участки и способы их контроля
1.4.1. Средства контроля
Путевые участки являются только объектами контроля, поскольку для
обеспечения безопасности движения необходимой является информация о свободности их от подвижного состава, которая может быть получена с помощью
путевых датчиков, подразделяющихся на датчики точечного типа и электрические рельсовые цепи.
К путевым датчикам предъявляются довольно жесткие требования:
безотказная работа в неблагоприятных путевых условиях (широкий диапазон
температур, относительной влажности воздуха, динамических нагрузок и т. д.),
устойчивая работа при любой скорости движения и длине подвижного состава,
простота монтажа и обслуживания.
1.4.2. Устройство и классификация точечных датчиков
Точечные путевые датчики в последнее время находят все более широкое
распространение. Это связано с тем, что появилась потребность не только контролировать путевые участки, но и передавать различного рода информацию на
локомотив (о марке крестовин стрелок, профиле пути, допустимой скорости
движения, аварийном состоянии букс и др.). Путевые датчики применяются как
самостоятельно, так и в дополнение к рельсовым цепям.
Всякий точечный датчик содержит воспринимающий элемент (ВЭ), каким-либо образом реагирующий на проход колесной пары подвижного состава;
преобразующий элемент (ПЭ), переводящий реакцию в электрический сигнал;
исполнительный элемент (ИЭ), контактная система которого вводится в необходимые зависимости (рис. 1.6).
20
При занятии путевого участка первая колесная пара воздействует на воспринимающий элемент, в результате чего формируется сигнал занятости участка.
Воздействие
ВЭ
ПЭ
ИЭ
Рис. 1.6. Схема фиксации занятия путевого участка
После прохода последней колесной пары прекращается воздействие на
точечный датчик и информация о занятости участка сохраняется в исполнительном элементе. Однако наличие только одного датчика не дает сведений об
освобождении путевого участка.
Установка двух точечных датчиков в начале и в конце участка (рис. 1.7)
позволяет получать информацию не только о его занятости, но и об освобождении.
Воздействие
в конце участка
ВЭ1
ВЭ2
ПЭ1
Память,
сравнение
Воздействие
в начале участка
ПЭ2
ИЭ
Рис. 1.7. Структурная схема оценки освобождения путевого участка
По принципу действия ВЭ датчики подразделяются
на механические (рис. 1.8), использующие изгиб, просадку, вибрацию
рельса;
П
Рис. 1.8. Механический датчик
21
+
-
электрические (рис. 1.9), фиксирующие изменение индуктивности
приемного контура при проследовании
поезда, реагирующие на перераспределение магнитного потока в магнитопроводе датчика при воздействии на
него металлической массы подвижного состава;
оптические (рис. 1.10), реагирующие на изменение интенсивности
светового потока, падающего на ВЭ
при прохождении подвижного состава.
Тр
П
~220
Рис. 1. 9. Электрический датчик
П
П
ФС
М
Рис. 1.10. Оптический датчик
1.4.3. Устройство и классификация рельсовых цепей
Несмотря на сравнительную простоту в изготовлении и обслуживании
точечные датчики имеют ряд недостатков: не позволяют проконтролировать
лопнувший или изъятый рельс в пределах контролируемого участка;
неоднозначно реагируют на прохождение составов с различными скоростями;
имеют сложности по контролю освобождения путевого участка. Поэтому основным путевым датчиком считается рельсовая цепь.
Рельсовая цепь (РЦ) – это электрическая цепь, проводами которой являются рельсовые нити (рис. 1.11). Как всякая электрическая цепь, она имеет источник сигнального тока и приемник. РЦ отделена от соседних цепей изолирующими стыками (И.С.). В состав аппаратуры питающего конца могут входить
аккумуляторы, трансформаторы, генераторы частоты. Приемный конец содержит путевое реле П. В некоторых случаях в РЦ могут быть фильтры, защитные
приборы, повышающие трансформаторы и др.
22
На рис. 1.11 показана нормально замкнутая РЦ, все элементы которой при
отсутствии поезда обтекаются сигнальным током, в результате чего путевое реле П получает питание.
И. С.
И. С.
Поездной шунт
R0
П
U
Рис. 1.11. Схема рельсовой цепи постоянного тока
Такой режим работы РЦ называется нормальным. При вступлении на РЦ
хотя бы одной колесной пары сигнальный ток замыкается через нее и путевое
реле отпускает свой якорь. Такой режим работы РЦ называется шунтовым. Если при свободной РЦ ток на путевом реле прерывается в результате изъятия
или повреждения рельса, то начинает действовать контрольный режим.
В зависимости от рода тока РЦ могут быть постоянного или переменного
тока различной частоты. По характеру питания различают РЦ непрерывные и
импульсные (кодовые).
Особое усложнение РЦ получают при электрической тяге. В этом случае
возникают две инженерные задачи:
необходимость защиты сигнальной аппаратуры от мешающего и опасного влияния обратного тягового тока;
пропуск обратного тягового тока из одной РЦ в другую в обход изостыков.
Первая задача решается путем применения сигнальной частоты, отличной
от тяговой; установки путевых фильтров на релейном конце; применения автоматических выключателей многократного действия типа АВМ. Вторая задача
решается путем применения стыковых дроссель-трансформаторов (ДТ)
(рис. 1.12) или стыковых косых соединителей (рис. 1.13).
РЦ на стрелочных участках получаются разветвленными. С целью обеспечения контрольного режима на ответвлениях такие РЦ могут иметь до трех
релейных концов (рис. 1.14). Помимо граничных изостыков стрелочные РЦ
имеют дополнительные изостыки для снятия короткого замыкания через
23
крестовину стрелки. В одну стрелочную РЦ допускается включать не более
трех одиночных стрелок.
Iт/2
ДТ
Iт/2
ДТ
Iт/2
ДТ
Iт/2
ДТ
Iт/2
РК
Iт/2
ПК
РК
ПК
Рис. 1.12. Канализация обратного тягового тока с помощью
дроссель-трансформаторов
Iт
Iт
Iт
РК
ПК
РК
ПК
Рис. 1.13. Канализация обратного тягового тока с помощью
косых стыковых соединителей
Опасным является пробой изоляции граничных изостыков РЦ. В этом
случае путевое реле дополнительно получает питание от смежной РЦ, что не
может обеспечить необходимой шунтовой чувствительности. Чтобы при коротких замыканиях граничных изостыков вызвать защитный отказ, осуществляют
чередование полярностей в смежных РЦ, а по обе стороны изостыка располагают одноименную аппаратуру.
Дополнительные
изостыки
РК
ПК
Перекидной
соединитель
РК
Рис. 1.14. Разветвленная рельсовая цепь
24
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
2.1. Особенности работы и расчета рельсовых цепей
Рельсовая цепь как датчик автоматизированной системы находится в особых условиях работы, которые характеризуются различного рода воздействиями на нее. Различают следующие воздействия:
непрерывные, связанные с изменением параметров рельсовой линии под
влиянием внешних факторов (температуры и влажности воздуха, загрязненности, запыленности и засоленности железнодорожного полотна и т. п.);
дискретные, например, при наложении сосредоточенной проводимости
(поездного шунта), полном электрическом разрыве (повреждении, изъятии
рельса или любого узла рельсовой цепи);
помехи.
Реакция РЦ на эти воздействия выражается в виде изменения уровня и
фазы сигнала на входе путевого приемника. При заданном сопротивлении последнего и выбранном напряжении генератора непрерывные воздействия не
должны вызывать обесточивание путевого реле, а дискретные, наоборот, должны снижать ток до уровня надежного несрабатывания. Поэтому сложный
процесс работы РЦ рассчитывают в трех основных режимах, соответствующих
различным воздействиям: нормальном, когда цепь исправна и свободна; шунтовом, когда РЦ шунтирована колесными парами, и контрольном, когда РЦ повреждена. Считается, что на условия работы цепи в каждом из режимов влияют
три независимые переменные величины: проводимость изоляции уи, сопротивление рельсов Zр и напряжение источника питания Uп.
Расчет РЦ выполняется на основе теории линий и четырехполюсников,
требующей знания первичных и вторичных параметров РЦ.
2.2. Первичные параметры рельсовой линии
Электрические свойства рельсовой линии определяются удельной электрической проводимостью изоляции уи (См/км) или удельным сопротивлением
балласта rб (Ом· км) и удельным электрическим сопротивлением рельсов
Zp (Ом/км).
25
Под электрической проводимостью изоляции рельсовой линии подразумевается проводимость для токов утечки от одной нити к другой через шпалы,
балласт и грунт (рис. 2.1).
iуш
iуб
iуз
Рис. 2.1. Схема прохождения токов в рельсовой цепи
Проводимость изоляции определяется электрохимическими процессами,
протекающими на границах между элементами электронной и ионной проводимости, и зависит от всех факторов, влияющих на скорость их протекания: метеоусловий, качества и состояния балласта, высоты балластного слоя, типа,
числа и состояния шпал, состава антисептиков, способов пропитки деревянных
шпал и др.
Электрохимической природой проводимости изоляции рельсовой линии
объясняется невозможность ее точного аналитического расчета, поэтому определяются условия, при которых проводимость изоляции достигает максимума и
минимума. Максимальная проводимость изоляции возникает летом в жаркую
погоду после проливного дождя, когда одновременно действуют два неблагоприятных фактора – высокие температура и влажность балласта и шпал, способствующие ускорению электрохимических реакций. Минимальная проводимость изоляции наблюдается в зимнее время при низких температуре и влажности, когда электрохимические процессы заторможены. В общем случае выражение для удельной проводимости изоляции уи можно представить в
виде, См/км:
уи = qи + jωСиэ = |уи| еjφ ,
(2.1)
где qи – активная составляющая проводимости, См/км; Сиэ – эквивалентная емкость для токов утечки, Ф/км; ω = 2πf – угловая частота сигнального тока, рад/с;
f – частота сигнального тока, Гц.
26
Исследования показывают, что при частоте сигнального тока до 2 кГц
проводимость изоляции является активной.
Аналитически невозможно точно определить удельную проводимость
изоляции рельсовой линии. Измерениями установлено, что для щебенки
уи = 0,5 См/км (rб = 2,0 Ом· км), гравия – уи = 0,66 См/км (rб = 1,5 Ом·км),
песка – уи = 1,0 См/км (rб = 1,0 Ом· км).
Нормативная величина максимальной удельной проводимости изоляции
(балласта) уи на отечественных железных дорогах установлена в 1 См/км
(rб = 1,0 Ом· км).
Под электрическим сопротивлением рельсов подразумевается сопротивление рельсовой петли (обеих рельсовых нитей), состоящее из сопротивления
собственно рельсов и рельсовых стыков.
Удельное сопротивление рельсовой петли определяется как сопротивление обеих нитей со стыковыми соединителями и накладками, отнесенное к
1 км рельсовой нити, в общем случае это сопротивление является также комплексной величиной, которая ориентировочно может быть вычислена
так, Ом/км:
(2.2)
Zp = roa+ jωL = |Zp| ejφ ,
где roa – общее активное сопротивление рельсовой петли, Ом/км; L – общая индуктивность рельсовой петли, Гн/км.
Величина roa включает в себя активное сопротивление собственно рельсов
и стыковых соединителей, а L – внешнюю и внутреннюю индуктивность рельсовой петли и соединителей.
На основании измерений приняты следующие нормативные величины
максимального удельного сопротивления рельсов Zp для переменного тока: частотой 50 Гц – 1,0еj56° Ом/км при стальных штепсельных соединителях; 0,85еj60°
Ом/км при стальных приварных и 0,8еj65° Ом/км при медных приварных; частотой 75 Гц – 1,07еj68° Ом/км и частотой 25 Гц – 0,5еj52° Ом/км при медных приварных соединителях.
Отсюда следует, что материал соединителей для РЦ переменного тока существенно не влияет на |Zp|, а применение медных соединителей вызвано только стремлением уменьшить сопротивление рельсов тяговому току. Для РЦ постоянного тока со стальными штепсельными соединителями удельное
27
сопротивление рельсов rр = (0,3 – 0,6) Ом/км; со стальными приварными –
rр = (0,1 – 0,2) Ом/км. Таким образом, в рельсовых цепях постоянного тока сопротивление рельсов может быть значительно уменьшено применением стыковых соединителей с малым сопротивлением.
2.3. Вторичные параметры рельсовой линии
Для любой точки рельсовой линии напряжение и ток можно рассматривать как результат распространения двух волн – падающей и отраженной, которые затухают и запаздывают по фазе. Процесс распространения
волн по рельсовой линии характеризуется вторичными или волновыми
параметрами: коэффициентом распространения волны γ и волновым сопротивлением Zв.
Коэффициент распространения волны является в общем случае комплексной величиной и имеет размерность, обратную длине, 1/км:
γ = α + jβ .
(2.3)
Действительная часть α характеризует затухание волны, а мнимая часть β,
называемая фазовым коэффициентом, определяет степень запаздывания волны
по фазе при распространении на единицу длины.
Для рельсовой линии коэффициент распространения волны, 1/км,
γ = zp · yи =
ϕ
z p · y и e 2 = α + jβ,
j
(2.4)
где Zр – удельное электрическое сопротивление рельсов, Ом/км; уи – удельная
проводимость изоляции, Cм/км; φ – аргумент сопротивления рельсов, рад;
α = |γ|cos
ϕ
2
– коэффициент затухания; β = |γ|sin
ϕ
2
– фазовый коэффициент.
Бесконечно малый элемент рельсовой линии длиной dx можно приближенно заменить эквивалентной схемой (рис. 2.2):
28
Напряжение и ток в любой точке линии можно рассматривать как результат интерференции двух гармонических волн, распространяющихся по линии
(рис. 2.3).
x
ℓ-x
dx
.
dx
I
к
.
UН
.
.
Ix
UХ
.
UК
r0 dx
.
UХ + dU
ZК
L0 dx
Zdx
.
UХ
yнdx
ℓ
Рис. 2.3. Распространение волн
по линии
Рис. 2.2. Эквивалентная схема
элемента рельсовой линии
Волновое сопротивление Zв характеризует сопротивление рельсовой линии бегущей волне, Ом :
Zв = z p / y и =
z p / yи
jϕ
e 2.
(2.5)
О длине рельсовой линии можно судить по затуханию αℓ (ℓ – длина линии), которое испытывает электромагнитная волна при своем распространении.
Волновое сопротивление Zв и коэффициент распространения γ зависят от частоты: с ее повышением Zв и γ в значительной степени возрастают, аргумент φ
также увеличивается.
В рельсовых цепях постоянного тока (ω = 0) β = 0; α = γ.
Вторичные параметры определяются первичными, и последние оказывают на них существенное влияние.
2.4. Уравнения и рабочие параметры рельсовой линии
Связь между напряжениями и токами в начале и конце линии устанавливаются при помощи уравнений:
&н =U
& к chγl + &I к Z в shγl ;
U
(2.6)
&I н = U
& к shγl + &I к сhγl
Zв
(2.7)
или
29
& н = AU
& к + B&I к ;
U
(2.8)
&I н = CU
& к + D&I к ,
(2.9)
где A = D = chγℓ; B = ZBshγℓ; C = shγℓ/ZB – коэффициенты рельсового четырехполюсника.
Условия передачи сигналов через рельсовую линию удобно характеризовать рабочими параметрами, к которым относятся:
сопротивление передачи –
Zп =
Uн
= AZк + B = Z к chγl + Z в shγl ;
Iк
(2.10)
прямое входное сопротивление –
Z вх =
U н AU к + BI к AZк + B
Z tgγl + Z к
=
=
= Zв в
.
I н CU к + DI к CZ к + D
Z к tgγl + Z в
(2.11)
Если Zк = Zв, то Zвх = Zв.
В режиме короткого замыкания (к. з.: Zк = 0)
Z к.з. = Z в thγl = Z в th (αl + jβ l).
(2.12)
В режиме холостого хода (х.х.: Zк = ∞)
Z х.х. = Z в cthγl = Z в cth (αl + jβl).
(2.13)
Th и cth от комплексного аргумента γℓ при изменении длины рельсовой
линии ℓ изменяют свои модули по волнообразному закону, поэтому |Zк.з.| и
|Zх.х.| также изменяются по волнообразному закону при увеличении ℓ. Для РЦ
постоянного тока (γ = α, βℓ = 0) в случае, если Rк ≠ Rв, входные сопротивления
Rк.з. и Rх.х. изменяются по плавным кривым, соответствующим изменению thαℓ,
cthαℓ.
30
2.5. Схемы замещения рельсовых цепей
При расчете, анализе и синтезе рельсовой цепи ее представляют в виде
схемы замещения (рис. 2.4), состоящей из каскадного соединения четырехполюсников Н, К, РЛ.
AН
.
U
.
IН
Н
.
I
BН
.
UН
Н
ZН
CН
DН
Zвх н
Z′вх н
.
IК
РЛ
A
B
РЛ
.
UK
D
C
Zвх
К
AК
BК
.
UP
К
CК
.
IP
ZP
DК
Z
Z′вх
вх к
Рис. 2.4. Общая схема замещения сложной РЦ
Четырехполюсники К и Н замещают промежуточную и защитную аппаратуру релейного и питающего концов соответственно. Четырехполюсник РЛ
замещает только рельсовую линию и называется рельсовым четырехполюсником, который может замещать рельсовую линию во всех основных режимах:
нормальном, шунтовом и контрольном. При нормальном режиме этот четырехполюсник характеризуют коэффициенты А, В, С, D.
При проектировании и расчетах рельсовые цепи обычно идеализируют и
рассматривают как линейные и пассивные.
Некоторые простейшие цепи переменного и постоянного тока можно замещать одним четырехполюсником РЛ, во внешней цепи которого на питающем конце вместо четырехполюсника Н включено сопротивление Zн, а на релейном – вместо четырехполюсника К – сопротивление Zк (рис. 2.5).
.
I
.
U
ZН
.
IН
.
IK
A
.
UН
C
Z
вх
B
D
.
UK
.
IP
ZK
ZP
.
IН
.
UЭ
Z′
вх н
.
UН
.
IK
A
C
B
D
.
UK
Z
вх к
′
Z вх
Рис. 2.6. Основная схема замещения
РЦ
Рис. 2.5. Общая схема замещения
простейшей РЦ
31
Обычно в теории РЦ переходят от общей схемы к основной (рис. 2.6),
благодаря чему упрощаются расчетные формулы, методы анализа и синтеза схем РЦ.
Для перехода к основной схеме замещения четырехполюсник К с нагрузкой Zр заменяют прямым входным сопротивлением Zвх.к:
Zвх к =
А к Z p + Bк
Ск Zp + Dк
,
(2.14)
где Ак, Вк, Ск, Dк – коэффициенты четырехполюсника К.
Четырехполюсник Н замещают его обратным входным сопротивлением:
Z′вх н =
Вн
,
Ан
(2.15)
где Ан и Вн – коэффициенты четырехполюсника Н.
Для полученной таким образом основной схемы замещения ток на выходе
четырехполюсника К будет иметь вид:
İк = kтк İр,
(2.16)
где kтк = CкZp + Dк – коэффициент снижения тока в четырехполюснике К.
Этот же ток может быть выражен через сопротивление передачи основной схемы замещения Zпо:
İк =
&э
U
,
Zпо
(2.17)
& э – напряжение эквивалентного генератора,
где U
&
& э= U = U ,
U
Ан
k ′тн
(2.18)
& – действующее напряжение генератора; k′тн = Ан – обратный коэффиздесь U
циент тока четырехполюсника Н.
Согласно общей теории четырехполюсников сопротивление передачи основной схемы замещения
Zпо =
&э
U
= АZвх к+ В + (CZвх к + D)Z′вх н.
&I к
32
(2.19)
2.6. Расчет и анализ нормального режима
Нормальным режимом называется такое состояние рельсовой цепи, когда
она свободна от подвижного состава и путевой приемник выдает дискретную
информацию «свободно». В нормальном режиме при наихудших условиях
необходимо обеспечить уровень сигнала на входе приемника не меньше некоторого рабочего значения. Наихудшими условиями для нормального режима
являются следующие (при них уменьшается сигнал на входе приемника рельсовой цепи):
– минимальное напряжение источника питания Umin;
– максимальное сопротивление рельсовых нитей Zp max;
– минимальное сопротивление изоляции или максимальное значение проводимости уи max рельсовой линии;
– максимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных последовательно с приемником;
– минимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных параллельно приемнику.
Целью расчета является определение минимального питающего напряжения Uн min, исходя из неблагоприятных условий: Umin, Zp max, уи max. Для РЦ постоянного тока (см. рис. 1.11) это сводится к вычислению ограничивающего
сопротивления Ro при заданном напряжении аккумулятора Umin, удельном сопротивлении рельсов rmax, удельной проводимости изоляции уи max и значении
тока надежного срабатывания приемника Ip, равном 1,1Icp.
Расчет ведется по общей схеме замещения простейшей РЦ, в которой
Zк = Rp + rcp; Zн = Ro + rсп, где rcp и rсп – сопротивления соединительных проводов на релейном и питающем концах соответственно. Расчет ведется в следующем порядке:
1) Uк = Ip(Rp + rcp); Iк = Ip;
2) по уравнениям (2.6) и (2.7) определяют γ, Zв (для rmax, уи max);
3) по формулам (2.6) – (2.9) вычисляют А, В, С, D и рассчитывают Uн min, Iн;
4) Ro =
U min − U н min
− rсп .
Iн
33
Для нормального режима важной является зависимость изменения рабочего тока в путевом реле от значения сопротивления изоляции для данной рельсовой цепи Ip = f(rи). Из рельсового четырехполюсника можно вывести соответствующую формулу, затем рассчитать и построить регулировочные характеристики (рис. 2.7).
С увеличением сопротивления изоляции ток в РЦ возрастает и тем
больше, чем длиннее РЦ. Это объясняется тем, что в длинных РЦ Ro меньше, и
в результате возрастания rи в таких РЦ сопротивление передачи уменьшается
резче, чем в коротких РЦ.
IР,
для ℓ1 > ℓ2
А
для ℓ2
для ℓ3 < ℓ2
rи, Ом
Рис. 2.7. Регулировочные характеристики
Из приведенных характеристик видно, что в результате увеличения сопротивления изоляции ток в путевом реле может достигать значительных величин, что может пагубно отразиться на шунтовом режиме. Поэтому РЦ должна
быть спроектирована таким образом, чтобы она надежно и устойчиво работала
во всех режимах при изменении сопротивления изоляции во всем диапазоне
от rи min до rи max.
Для расчета нормального режима РЦ переменного тока используют общую схему замещения сложной РЦ. Для удобства четырехполюсники Н и К
рассматривают состоящими из двух четырехполюсников, один из которых замещает дроссель-трансформатор (ДТ), а другой – остальную аппаратуру.
ДТ представляют в виде эквивалентной схемы, состоящей из каскадного соединения Т-образной схемы замещения и идеального трансформатора с известным
34
коэффициентом трансформации. Коэффициенты А, В, С, D четырехполюсников
Н, РЛ и К определяют перемножением матриц составляющих четырехполюсников. В конечной фазе расчета определяется минимальное напряжение, которое должен обеспечивать питающий трансформатор РЦ.
2.7. Расчет и анализ шунтового режима
Шунтовым режимом называется такое состояние рельсовой цепи, при котором ее приемник выдает дискретную информацию «занято» при наложении в
любой точке рельсовой линии поездного шунта сопротивлением не ниже нормативного. Вследствие шунтового эффекта приемник находится в состоянии,
соответствующем отсутствию сигнала на его входе.
После определения минимального питающего напряжения, при котором
РЦ функционирует в нормальном режиме, необходимо решить задачу проверки
РЦ на шунтовую чувствительность. Шунтовая чувствительность Rш – это максимальное сопротивление, при включении которого между рельсами надежно
отпадает (при непрерывном питании) или надежно не притягивается (при импульсном и кодовом питании) якорь путевого реле. Величина шунтовой чувствительности в различных точках рельсовой цепи неодинакова и зависит от
параметров рельсовой линии и элементов рельсовой цепи, поэтому для характеристики шунтового эффекта введено понятие о предельной шунтовой чувствительности.
Предельной шунтовой чувствительностью Rш.пр называется минимальное
значение шунтовой чувствительности для данной рельсовой цепи, определенное
расчетом или экспериментом при наиболее неблагоприятных для шунтового
эффекта условиях.
Для определения степени надежности шунтового эффекта используют
нормативную шунтовую чувствительность Rш.н, значение которой установлено
равной 0,06 Ом. Шунтовой эффект рельсовой цепи считается надежным, если
выполняется условие Rш.пр ≥ Rш.н.
Наихудшими условиями для шунтового режима являются такие, при которых увеличивается сигнал на входе приемника:
– максимальное напряжение источника питания;
35
– минимальное сопротивление рельсовых нитей;
– максимальное сопротивление изоляции рельсовых линий;
– минимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных последовательно с приемником;
– максимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных параллельно приемнику.
С целью проверки РЦ на шунтовую чувствительность пользуются схемами замещения РЦ, отражающими процессы до (рис. 2.8) и после (рис. 2.9)
наложения шунта.
Z′ВХ
.
UЭ
Н
.
IН ∞ A ∞
B∞
ZР=zℓ
.
UН ∞
C∞
x
.
I K∞
.
UK∞
Z′
ZВХ К
ВХ Н
.I
Н Ш AШ
D∞
CШ
Рис. 2.8. Схема замещения рельсовой
цепи до наложения шунта
Zx
RШ X
Zр(ℓ-x)
.
UН Ш
.
UЭ
BШ
а
б
.
IK Ш
.
UK Ш
ZВХ К
DШ
Рис. 2.9. Схема замещения рельсовой
цепи после наложения шунта
Изменения Zmax → Zmin и yи → 0 до наложения шунта (в нормальном режиме) ведут к возрастанию тока на конце линии: Iк → ∞. Для новых значений
Zр и yи по формулам (2.6) – (2.9) находят А∞, В∞, С∞, D∞. Используя их в формулах (2.16) и (2.17), определяют Iк∞. При наложении шунта этот ток должен
снизиться до Iк ш > Iн от, т. е. до тока надежного отпадания якоря путевого реле.
Таким образом, реакцию цепи на появление шунта можно выразить через коэффициент снижения тока fш на путевом реле:
I
Z
f ш = к∞ или f ш = пош ,
Iк ш
Zпо∞
(2.20)
где Zпош и Zпо∞ вычисляют по формуле (2.19) и после подстановки вычисленных значений в соотношение (2.20) получают:
fш = ± 1 + k
36
2
+ 2 k cos δ ,
(2.21)
где k = Zэ ох/Rш
х
– комплексный коэффициент отношения эквивалентного со-
противления цепи при наложении шунта в точках а, б к сопротивлению шунта;
δ – аргумент комплекса Zэ ох,
Z э ох =
(Zвх к + Z ⋅ p)[Z′вх н + Z(1 − р)],
Z по ∞
(2.22)
где р = х/ℓ – вещественный безразмерный коэффициент.
Решая выражение (2.21) относительно Rш х, окончательно получим:
Z э ох
Rш х =
fш
2
.
(2.23)
− sinδ − cosδ
Полученную шунтовую чувствительность Rшх необходимо сравнить с
нормативной Rшн, равной 0,06 Ом. Если Rшх ≥ Rшн, то шунтовая чувствительность РЦ считается достаточной.
Шунтовую чувствительность РЦ постоянного тока определяют по формулам (2.22), (2.23) после замены всех комплексных сопротивлений омическими и при δ, равной нулю.
Из уравнений (2.22), (2.23) видно, что шунтовая чувствительность является функцией параметра р, т. е. места расположения шунта на РЦ. Исследование
этой функции показывает, что графически ее можно представить в виде параболы с вертикальной осью и максимумом посредине. Следовательно, наименьшая шунтовая чувствительность будет на концах РЦ. Отсюда следует, что
расчет нужно вести только для релейного (р = 0) и питающего (р = 1) конца.
Если же Z’вхн = Zвхк, то для одного из них подстановкой соответствующих значений р в формулу (2.22) можно получить частные значения шунтовой чувствительности для релейного Rшр и питающего Rшп конца.
37
2.8. Расчет и анализ контрольного режима
Контрольным режимом называется такое состояние РЦ, при котором путевой приемник передает дискретную информацию, эквивалентную «занято»,
при полном электрическом разрыве рельсовой нити в любой ее точке.
В контрольном режиме ток приемника в самых неблагоприятных условиях должен снижаться до значения тока отпадания.
Наихудшими условиями контрольного режима являются такие, при которых увеличивается сигнал на входе приемника:
– максимальное напряжение источника питания;
– минимальное сопротивление рельсовых нитей;
– сопротивление изоляции рельсовой линии равно так называемому критическому;
– обрыв происходит в критическом месте;
– минимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных последовательно с приемником, и максимальное сопротивление элементов согласующих устройств, включенных параллельно приемнику.
Опасность протекания нежелательного тока через путевое реле при изъятом или поврежденном рельсе возникает при некоторой промежуточной величине rб крит, так как при обрыве рельсовой нити электрическая цепь между источником питания и приемником сохраняется и создаются пути для протекания
сигнального тока по земле в обход места обрыва (рис. 2.10).
Значение тока в РЦ при этом
существенно зависит от места обрыва
рельса и сопротивления изоляции
iр
рельсовой линии. Так, при уи = min ток
в РЦ может быть значительным вследствие малого сопротивления между
iб
рельсами в точке обрыва, а при
уи = max – сохранять опасный для пу- Рис. 2.10. Контрольный режим работы
тевого приемника уровень вследствие
рельсовой цепи
Zр = min.
Критическими называют сопротивление балласта rбкрит и место обрыва
хкрит, при которых ток в приемнике РЦ оказывается максимальным.
38
Существует ряд формул (довольно сложных), по которым можно определить критическое значение сопротивления балласта для рассчитываемой РЦ.
Это в свою очередь позволяет вычислить коэффициенты рельсового четырехполюсника Акп, Вкп, Скп, Dкп по формулам (2.6) – (2.9) для схемы замещения РЦ в
контрольном режиме. Тогда по аналогии с шунтовым режимом можно записать, что коэффициент чувствительности РЦ с поврежденным рельсом
K п.р = K ′вн =
Z п.о.к min
≥ 1,
Zп.о
(2.24)
где Zп.о.к min – минимальное сопротивление передачи основной схемы замещения при контрольном режиме. В соответствии с формулой (2.19)
Z
п.о.к(min)
= A к.п Zвхк + Bк.п + (C к.п Z вхк + D к.п )Z′вхн .
(2.25)
3. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ
АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Все многообразие систем железнодорожной автоматики и телемеханики
можно свести к трем группам:
системы, обеспечивающие интервальное регулирование движения поездов в пределах перегонов;
системы, обеспечивающие телеуправление стрелками и сигналами в пределах станций;
системы, предоставляющие различного рода информацию организаторам
движения.
Каждая группа включает в себя системы, решающие частные задачи
(рис. 3.1). Рассмотрим их функциональные особенности.
Путевая блокировка представляет собой систему устройств, обеспечивающих такую организацию движения, при которой занятие поездами отдельных
отрезков пути регулируется постоянными сигналами. Правом на занятие поездом отрезка пути служит открытое (разрешающее) состояние сигнала.
39
40
ПАБ
АБ
Путевая
блокировка
АМ
САР
УОП
ДК
Вспомогательные
системы
Ключевые
зависимости
МЦ
ЭЦ
ДЦ
Централизованные
системы
ГАЦ
Станционные системы
управления и контроля
Нецентрализованные
системы
Информационные системы
Рис. 3.1. Классификация систем железнодорожной автоматики и телемеханики
АД
Авторегулировка
Перегонные системы
управления и контроля
Железнодорожные системы
автоматики и телемеханики
АРС
АЗСР
Горочные
системы
После занятия поездом отрезок пути блокируется, т. е. ограждается постоянным сигналом, принимающим в этом случае закрытое (запрещающее) состояние. Все попутные сигналы находятся в строгой зависимости друг от друга.
В целом действие таких устройств может осуществляться с участием человека
(ПАБ) или без него (АБ).
Полуавтоматическая блокировка (ПАБ) обеспечивает открытие выходного светофора дежурным по станции А (ДСП), а перекрытие светофора происходит автоматически в результате воздействия поезда на выходную педаль
П1 (рис. 3.2). Для увеличения пропускной способности перегона в промежутке
между станциями может быть установлен блок-пост (БП). Разблокирование выходных светофоров осуществляется по линии связи (ЛС).
ст. А
БП
П1
Вых
Вх
ПредВх
П2 ст. Б
ПредВх
Вх
ЛС
Рис. 3.2. Схема полуавтоматической блокировки
При въезде на станцию Б поезд воздействует на входную педаль П2, автоматически подавая тем самым сигнал об освобождении перегона.
Автоматическая блокировка (АБ) обеспечивает автоматическое открытие
и перекрытие проходных светофоров по мере прохождения блок-участков (БУ)
(рис. 3.3). Каждый БУ ограждается проходным светофором (Пр). Взаимозависимость сигнальных показаний светофоров обеспечивается по линии связи.
ст. А
БУ
БУ
Пр.
Вых
ЛС
БУ
Пр.
ЛС
БУ
Пр.
ЛС
Вх
ЛС
Рис. 3.3. Схема автоматической блокировки
41
ст. Б
Авторегулировка – это комплекс средств автоматического управления
движением поездов на перегоне. Она включает в себя следующие системы.
1. Автодиспетчер (АД) – средства оперативной разработки графика и порядка движения.
2. Автомашинист (АМ) – средства автоматической регулировки скорости
в соответствии с графиком.
3. Сигнальная авторегулировка (САР) – средства остановки поезда при
сближении с препятствием. В САР входят устройства автоматической локомотивной сигнализации АЛС (рис. 3.4), которые передают на локомотивный светофор (ЛС) показания впереди стоящего светофора и связаны с тормозными
устройствами (ТУ) поезда посредством приборов контроля бдительности.
С1
31
ЛС
ТУ
ДШ
ПК
32
Съем
информации
С2
Рис. 3.5. Устройства ограждения
на переездах
Рис. 3.4. Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС)
Съем кодированных сигналов о показаниях светофоров производится
при помощи приемных катушек (ПК), далее сигналы через дешифратор (ДШ)
поступают на локомотивный светофор (ЛС) и в систему управления (ТУ). При
следовании на более запрещающий сигнал и неснижении скорости машинистом
происходит принудительная остановка поезда. В зависимости от характера передачи информации на локомотив различают точечную (АЛСТ) и непрерывную
(АЛСН) автоматическую локомотивную сигнализации. Для контроля выдерживания заданной скорости движения на участках, оборудованных трех- или четырехзначной, полуавтоматической, централизованной автоблокировкой, а
также АЛС, применяются системы автоматического управления торможением
поездов типа САУТ.
К автоматическим вспомогательным устройствам относятся следующие.
1. Устройства ограждения на переездах (УОП), включают в себя мигающую предупредительную светофорную сигнализацию (С1 и С2), автошлагбаум
42
и заградительные светофоры З1 и З2 (рис. 3.5). Светофоры С1 и С2 при приближении поезда к переезду запрещают движение автогужевому транспорту, З1
и З2 запрещают движение поездам при возникновении аварийной ситуации на
переезде.
2. Диспетчерский контроль (ДК) – комплекс устройств, позволяющих
диспетчеру в каждый момент времени знать местонахождение поездов и положение
входных и выходных светофоров на промежуточных станциях (рис. 3.6).
С этой целью центральный пост
ЛС
ЛС
ЛС
ЛС
(ЦП) двумя проводами линии связи
ЦП
связан со всеми линейными объектами, подключение которых для конРис. 3.6. Диспетчерский контроль
троля их состояния производится
или последовательно во времени (распределительная селекция), или параллельно (частотная).
К группе станционных устройств автоматики и телемеханики относятся
нецентрализованные системы, системы централизации стрелок и сигналов и горочные системы. Нецентрализованные системы представляют собой такой
комплекс, в котором управление и контроль станционными объектами рассредоточен в пределах станции (рис. 3.7). Ярким примером тому являются ключевые зависимости стрелок и сигналов. Процесс управления здесь построен следующим образом:
1) ДСП дает указание стрелочнику на приготовление маршрута;
2) стрелочник переводит стрелки и запирает их в маршруте ключами;
3) стрелочник докладывает ДСП о положении стрелок;
4) ДСП открывает светофор на разрешающий огонь;
5) ДСП контролирует открытое положение светофора.
2
5
4
3
1
Рис. 3.7. Нецентрализованное управление стрелками и сигналами
43
Централизованное управление стрелками и сигналами характеризуется
сосредоточением органов управления, контроля и взаимного замыкания между
стрелками и сигналами в одном месте (на посту централизации).
При механической централизации (МЦ) рычаг управления стрелкой или
семафором связывается со стрелочным или сигнальным приводом посредством
гибкой проволочной тяги. Для перевода стрелки или открытия сигнала используется мускульная энергия человека. Взаимное замыкание между стрелками и
сигналами достигается механическим путем с помощью централизатора.
При электрической централизации (ЭЦ) перевод стрелочной рукоятки
(нажатие стрелочной кнопки) ведет к включению электродвигателя стрелочного привода, т. е. к использованию для перевода стрелки электрической энергии.
Нажатие сигнальной кнопки приводит к включению сигнального реле (при
условии правильно приготовленного маршрута), с помощью которого коммутируются цепи светофорных ламп.
Диспетчерская централизация (ДЦ) представляет собой совокупность
устройств управления стрелками и сигналами промежуточных станций в пределах диспетчерского участка. ДЦ – это кодовая система централизации, в которой все станции с центральным пунктом связаны парой проводов.
Горочные системы представляют собой комплекс, обеспечивающий автоматический роспуск и торможение скатывающихся отцепов. Объектами управления на горках являются стрелки, горочный светофор, вагонные замедлители,
горочный локомотив. В горочный комплекс входят следующие системы:
ГАЦ – система автоматического перевода стрелок по маршруту следования отцепов;
АРС – система автоматического регулирования скорости скатывания отцепов (управления вагонными замедлителями);
АЗСР – система автоматического задания скорости роспуска составов
(управления огнями горочного светофора);
ТГЛ – система телеуправления горочным локомотивом (т. е. реализация
приказов системы АЗСР).
44
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСТРОЙСТВ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Технико-экономическая эффективность устройств определяется комплексом показателей, главными из которых являются следующие.
1. Пропускная способность перегонов и станций, т. е. количество пар поездов в сутки Nmax, которое может быть пропущено по участку. Так, при наличии на однопутном участке ПАБ Nmax = 30 пар. Внедрение же АБ повышает
пропускную способность участка на 25 – 30 %, а ДЦ – почти в два раза. Замена
маршрутно-контрольных устройств с ключевыми зависимостями на устройства
ЭЦ позволила увеличить пропускную способность горловин станций на 50 – 70 %.
В этом случае пропускная способность самым тесным образом связана со временем приготовления маршрута. Так, при наличии ключевых зависимостей
среднее время приготовления маршрута составляет 5 мин., при МЦ – 1мин., релейной централизации с раздельным управлением стрелками – 0,5 мин., а с маршрутным управлением – 5 с. Внедрение устройств автоматики на горке увеличивает ее перерабатывающую способность с 500 – 600 до 5000 вагонов в сутки.
2. Численность обслуживающего штата. Так, переход с ПАБ на АБ ведет
к ликвидации промежуточных постов и соответствующего дежурного штата
движенцев. Переход с нецентрализованных систем на ЭЦ позволяет сократить
штат на 30 – 50 человек на каждые 100 централизованных стрелок. Внедрение
ГАЦ, АРС, АЗСР не только облегчает труд, но и ликвидирует такие опасные
профессии, как стрелочник, башмачник, списчик вагонов.
3. Срок окупаемости при наличии ЭЦ составляет не более пяти лет.
Увеличение пропускной способности перегонов и станций ведет к повышению участковой скорости, а это, в свою очередь, сокращает парк подвижного
состава, уменьшает расходы на его содержание и ремонт. Своевременная доставка грузов обеспечивает ритмичную работу предприятий и исключает нарушение производственного процесса.
45
5. РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ПОСТРОЕНИИ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ И УЗЛОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ
АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ
Непрерывность перевозочного процесса, обеспечение безопасности движения поездов требуют достаточно высокой надежности устройств автоматики.
Необходимый ее уровень достигается применением высоконадежных элементов, резервированием и техобслуживанием. Однако полностью исключить выход из строя элементов и ошибки обслуживающего персонала нельзя, поэтому
построение основных функциональных цепей и узлов необходимо вести таким
образом, чтобы не допустить опасных отказов, т. е. таких, которые ставят под
угрозу безопасность движения поездов (ложный контроль свободности путевого участка, появление разрешающего огня на светофоре вместо запрещающего,
самопроизвольный перевод стрелки, ложный контроль ее положения и т. п.).
Любое повреждение в функциональной цепи должно вызвать защитный отказ,
приводящий систему в безопасное состояние (ложная занятость путевого участка, невозможность открытия светофора, управления стрелкой, потеря контроля
ее положения и т. п.).
Практикой установлены следующие виды опасных отказов.
1. Нахождение реле под током в результате его выключения ненадежным
элементом (рис. 5.1).
п
Р1
п
Р2
Р1
Р2
м
м
а
б
Рис. 5.1. Ненадежное выключение реле: а – исходное состояние цепи
реле Р2; б – сохранение включенного состояния реле Р2
из-за сваривания контактов реле Р1
46
2. Сообщение линейного провода непосредственно или через «землю» с
источником питания (рис. 5.2).
Р2
Р1
Рис. 5.2. «Заземление» линейного провода
3. Сообщение между линейными проводами различного назначения
(рис. 5.3).
Р2
Р1
Р3
Р4
Рис. 5.3. Короткое замыкание проводов
4. Несрабатывание поляризованного якоря комбинированных и поляризованных реле.
Отсюда следует, что любая функциональная цепь должна иметь построение, не только отвечающее решению функциональной задачи, но и включающее мероприятия по защите от опасных отказов. К таким мероприятиям относятся следующие.
1) Применение реле 1-го класса надежности, гарантирующих размыкание
контактной системы при выключении реле и несвариваемость ее при включении. Если выключение реле необходимо осуществлять ненадежным элементом,
то предусматривается контроль отпадания якоря такого реле (рис. 5.4).
П
Р1
П
Р2
Р1
Р2
Р3
М
а
М
б
Рис. 5.4. Контроль отпадания якоря реле Р2 с помощью реле Р3: а – исходное
состояние реле Р2; б – контроль отпадания якоря реле Р2 в цепи реле Р3
47
В особо важных цепях, например в цепи сигнального реле С, контролируется действительное отпадание якоря реле 1-го класса надежности З (рис. 5.5).
П
C
СК
П
С
З
М
М
С
З
а
б
Рис. 5.5. Контроль отпадания якоря реле в особо важных цепях: а – исходное
состояние реле З; б – контроль отпадания якоря реле З в цепи включения реле С
2) Двухполюсное размыкание линейных цепей (рис. 5.6).
Р1
Р2
Р1
Рис. 5.6. Двухполюсное размыкание линейных цепей
3) Контроль действительного переброса поляризованного якоря комбинированных и поляризованных реле, который осуществляется различными способами в зависимости от возможностей конкретной схемы. Например, на
рис.
5.7 показано включение контрольных реле стрелки СК1 и СК2, составляющих
первый каскад контроля. Во втором каскаде реле ПК и МК получат питание
только при согласованном перебросе якорей комбинированных реле СК1 и
СК2.
ПК
Электро- СК1
привод
СК2
П
СК1
СК1
МК
СК2 СК2
М
а
б
Рис. 5.7. Контроль переброса якорей комбинированных реле СК1 и СК2:
а – включение обмоток реле; б – контроль переброса якорей реле СК1 и СК2
при помощи реле ПК и МК
48
4) Правильный выбор исходного состояния реле (функциональной цепи)
играет существенную роль в обеспечении безопасности движения поездов. Все
ответственные команды подаются активным состоянием реле, например, команда включения разрешающего огня светофора – сигнальным реле С, находящимся под током (рис. 5.8).
С
П
П
Обрыв
R
П
М
П
СП
Обрыв
П С
П С
М
М
С
М
СП
а
б
Рис. 5.8. Выбор исходного состояния реле С: а – неверно; б – верно
Другие мероприятия разрабатываются исходя из анализа возможных отказов для конкретных цепей (например, изолирующие трансформаторы в контрольных цепях стрелок).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Системы железнодорожной автоматики и телемеханики относятся к сфере оперативного управления движением поездов. Они позволяют существенно
увеличить пропускную способность перегонов и станций, а следовательно, добиться более высоких количественных и качественных показателей эксплуатационной работы железнодорожного транспорта. Кроме того, эти системы обеспечивают высокую степень безопасности движения поездов. Основными объектами управления и контроля в системах являются сигналы, стрелки и путевые
участки. Среди сигналов преимущественное распространение получили светофоры, которые имеют простую конструкцию, позволяют передать машинисту
достаточное количество сигнальных знаков в любое время суток. Управление
стрелками осуществляется с помощью электроприводов, заменивших непроизводительный ручной перевод стрелок. Тем самым исключается физический
труд человека из сферы управления. Контроль за состоянием путевых участков
осуществляется при помощи различного рода путевых датчиков и рельсовых
49
цепей. Основным преимуществом рельсовых цепей является непрерывность в
слежении за состоянием путевых участков, а также за целостностью элементов,
составляющих рельсовую цепь.
Качественное обслуживание рельсовых цепей требует глубоких знаний
по их теории, режимам работы и умелой регулировки. С появлением управляющих вычислительных комплексов на микропроцессорах широкое применение
получили точечные датчики как основные в некоторых случаях источники информации о состоянии путевых участков на станциях и перегонах. Интервальное же регулирование движения поездов на перегонах осуществляется системами путевой блокировки, а на станциях – различного рода централизациями
стрелок и сигналов.
Библиографический список
1. В и н о г р а д о в а В. Ю. Автоблокировка и переездная сигнализация:
Учебное пособие / В. Ю. В и н о г р а д о в а. М.: Маршрут, 2003. 20 с.
2. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник/
Ю. А. К р а в ц о в, В. Л. Н е с т е р о в и др.; Под ред. Ю. А. К р а в ц о в а. М.:
Транспорт, 1996. 400 с.
3. Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте: Учебник/
А. С. П е р е б о р о в, Ю. А. К р а в ц о в и др.; Под ред. А. С. П е р е б о р о в а.
М.: Транспорт, 1985. 345 с .
4. Устройство, эксплуатация и техническое обслуживание систем автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты: Методические материалы / ВНИИАС МПС России. М., 2001. 204 с.
5. Л а з а р ч у к В. С. Станционные системы автоматики и телемеханики:
Учебное пособие / В. С. Л а з а р ч у к / Омский гос. ун-т путей сообщения.
Омск, 1998. Ч. 1, 96 с.; Ч. 2, 105 с.
6. Л а з а р ч у к В. С. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики / В. С. Л а з а р ч у к, В. Н. З а к о л о д я ж н ы й / Омская гос. акад. путей сообщения. Омск, 1995. 38 с.
7. З а к о л о д я ж н ы й В. Н. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики / В. Н. З а к о л о д я ж н ы й, В. С. Л а з а р ч у к, В. А. Ф и л и м о н о в /
Омский ин-т инж. ж.-д. транспорта, 1992. Ч . 1 , 4 1 с . ; Ч . 2 , 4 8 с . ; Ч . 3,
40 с.
50
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
21
Размер файла
492 Кб
Теги
936
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа