Кіріспе

Темір жол инженерлері үшін визуалды сигнал құрылғысы

физикалық темір жол сигналдары

Темір жол сигналы – жүргізушіге қозғалуға рұқсат беруге қатысты нұсқауларды жеткізетін немесе ескертетін визуалды көрсету құрылғысы. Жүргізуші сигналдың көрсеткішін түсіндіріп, сәйкес әрекет етеді. Әдетте, сигнал жүргізушіге пойыздың қауіпсіз жүре алатын жылдамдығын хабарлайды немесе тоқтауға бұйырады.

Қасиеттері мен көрсетілімдері

Сигналдар белгілері мен көрсеткіштері болады. Белгі – сигналдың визуальды келбеті, көрсеткіш – оның мағынасы. Америка тәжірибесінде көрсеткіштердің қалыпты атаулары бар, мысалы, «Орташа жақындау» дегені «Орташа жылдамдықтан аспай жүру; келесі сигналда тоқтауға дайын болу» дегенді білдіреді. Тарихи түрде әртүрлі теміржолдар бір белгіге әртүрлі мағына берген, сондықтан бірігулер нәтижесінде қазіргі теміржолдың әртүрлі бөлімдерінде сигнал белгілерін түсіндіруді реттейтін әртүрлі ережелер болуы мүмкін. Мысалы, тоқтату белгісі – жүргізушіге сигналдан өтуге рұқсат бермейтін кез келген сигнал белгісін білдіреді. Сигналдар сигнал тұрған нүктеден кейінгі қозғалысты және жолдың келесі бөлігіне бақылайды. Олар сондай-ақ алдағы келесі сигналдың күйі туралы ақпаратты жеткізе алады. Сигналдар кейде нүктелерді немесе ауыстырғыштарды, жолдың бөліктерін және т.б. «қорғайды» дейді. Олар осылардың алдында орналасқан. «Алдында» термині шатастыру тудыруы мүмкін, сондықтан Ұлыбританияның ресми тәжірибесінде «артында» және «алдында» терминдерін пайдалану қабылданған. Пойыз сигналда күтіп тұрса, ол осы сигналдың «артында» болады, ал сигнал қорғайтын қауіп пойыз бен сигналдың «алдында» болады. Солтүстік Америка тәжірибесінде «Тоқта» (немесе «Тоқта және тұр») көрсеткішін бере алатын абсолюттік сигналдар мен «Тоқта және жалғастыр» белгісін беретін рұқсатты сигналдар арасында айырма жасау қажет. Сонымен қатар, рұқсатты сигнал «Тоқта және жалғастыр» сигналы үшін физикалық тоқтау қажет емес, бірақ пойыз кез келген кедергілерден бұрын тоқтау үшін жеткілікті жылдамдыққа дейін баяулауы керек. Бір-бірімен байланыстырылған («бақыланатын») сигналдар әдетте абсолютті, ал автоматты сигналдар (яғни сигнал беруші емес, тек жолдағы көлік арқылы басқарылатындар) әдетте рұқсатты болады. Жүргізушілер қандай сигналдардың автоматты екенін білуі керек. Қазіргі британдық тәжірибеде, мысалы, автоматты сигналдарда ақ тіктөртбұрышты тақта және оның үстінде қара көлденең сызық болады. АҚШ тәжірибесінде рұқсатты сигнал әдетте нөмірлік тақтаның болуымен көрсетіледі. Австралияның Жаңа Оңтүстік Уэльс, Виктория және Оңтүстік Австралия штаттарында, сондай-ақ Жаңа Зеландияда рұқсатты сигналдың төменгі шамдары жоғарғы шамдардан (әдетте оңға) ығысқан болады; Виктория мен Жаңа Зеландияда қызыл немесе ақ «А» шамын көрсететін абсолюттік сигнал да рұқсатты сигнал ретінде қарастырылады. Сигналдың кейбір түрлері рұқсатты және абсолютті тоқтату белгілерін бөліп көрсетеді. Германияда тиісті сигналға қолданылатын ережелер сигнал тірегіндегі тік тақта арқылы көрсетіледі (Mastschild). Пайдалану ережелері бойынша, жарығы сөнген немесе толығымен қараңғы сигнал сияқты ақаулы сигнал ең шектеулі белгі ретінде түсіндірілуі керек, әдетте «Тоқта» немесе «Тоқта және жалғастыр».

Сигналдық нысандар

Сигналдар сыртқы түрімен де, рельстерге қатысты орнатылу жолымен де өзгешеленеді.

Механикалық сигналдар

Сигналдың ең ерте түрлері өздерінің әртүрлі көрсеткіштерін сигналдың бір бөлігі физикалық түрде жылғалысы арқылы көрсетеді. Ең алғашқы түрлері жүргізушіге толық көрінетіндей беті бұрылатын немесе айналып, іс жүзінде көрінбейтін тақтадан тұратын. Бұл сигналдардың екі немесе ең көп дегенде үш позициясы болды. Семафор сигналдары 18 ғасырдың соңында Францияда дамыды, кейін теміржолдар оларды қабылдады. Чарльз Хаттон Грегори 1841 жылы Лондон мен Кройдон теміржолында (кейін Брайтон) Лондонның оңтүстік-шығысындағы Нью-Кросс-Гейтте алғашқы теміржол семафорын орнатты. Ол сол кезде құрлықта электр телеграфымен алмастырылып жатқан оптикалық телеграфтарға ұқсас болды. Грегоридің орнатылымын майор-генерал Чарльз Пасли Сауда кеңесі үшін тексеріп, бекітті. Пасли 1822 жылы британдық әскерилер үшін семафорлар арқылы оптикалық телеграфия жүйесін ойлап тапқан және Грегориге семафорды теміржол сигнализациясына қолдануды ұсынған болуы мүмкін. Содан кейін семафор дерлік барлық жерде тұрақты сигнал ретінде кеңінен қолданылды. Hall Signal Company компаниясы жасаған дискілік сигналдар кейде қолданылды, бірақ семафорлар әлдеқайда алыс қашықтықтан оқуға ыңғайлы болды. Мұнай шамдарынан гөрі жарық беретін және сол себепті түнде де, күндіз де көрінетін электр жарығының табылуы 20 ғасырдың басында жағдайлық жарық сигналдары мен түсті жарық сигналдарының дамуына әкелді, олар біртіндеп семафорларды ығыстырды. Біріккен Корольдікте олардың бірнешеуі қазіргі кезде де қолданыста. Механикалық сигналдар қолмен, сигналдық посттағы тұтқаға, электр моторларымен немесе гидравликалық түрде іске қосылуы мүмкін. Сигналдар қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін жасалған, сондықтан қуат жоғалса немесе байланыс үзілсе, қол гравитация күшімен көлденең жағдайға түседі. АҚШ-та семафорлар пойыздық бұйрық сигналдары ретінде, инженерлерге телеграф арқылы бұйрық алу үшін тоқтау қажеттігін көрсету мақсатында, сондай-ақ блок сигнализациясының бір түрі ретінде қолданылды.

Түсті жарық сигналдары

Электр шамдарының енгізілуі 1904 жылдан бастап күндіз көрінетін түсті жарық сигналдарын жасауға мүмкіндік берді. Сигналдың басы – түсті жарық сигналының аспектілерді көрсететін бөлігі. Көптеген көрсеткіштерді көрсету үшін бір сигналда бірнеше сигнал басы болуы мүмкін. Кейбір жүйелер негізгі аспектіні өзгерту үшін қосалқы жарықтармен біріктірілген жалғыз бас қолданды. Түсті жарық сигналдары екі түрге бөлінеді. Ең көп таралған түрі – әр түске жеке шамдар мен линзалары бар көп бірлік түрі, жол сигналы сияқты. Жарықтарды күн сәулесінен қорғау үшін капоттар мен экрандар қарастырылған, бұл бұрыс көрсеткіштерге алып келуі мүмкін. Іздеу сигналы АҚШ-та соңғы уақытқа дейін ең көп қолданылатын сигнал түрі болды. Бұларда әр басында бір қыздырғыш шам қолданылады, ал шам алдындағы түсті линзаны (немесе «дөңгелек») жылжыту үшін айнымалы (AC) немесе тұрақты (DC) ток релелік механизмі қолданылады. Осылайша, гравитация (қауіпсіздік принципі) қызыл дөңгелекті шамның оптикалық жолына қайтарады. Бұл механизм электрмен басқарылатын семафор сигналындағы түсті жарық сигналына өте ұқсас, бірақ семафор қолдың жоқтығы дөңгелектерді кішірейтуге және ауа райынан қорғалған корпусқа орналастыруға мүмкіндік береді. Екінші дүниежүзілік соғыстан бастап АҚШ-та кеңінен қолданылатын іздеу сигналының жылжымалы бөліктері болады, оларды қасақана бұзуға болады. Соңғы он бес-жиырма жылдағы вандализм оларды бұрыс көрсеткіштерге сезімтал етуге бастады, нәтижесінде олардың қолданылуы азайды. Алайда, кейбір басқа елдерде, мысалы, Италия теміржолдарында (FS), Regolamento Segnali ережесінен бастап, олар әлі де стандартты түсті жарық сигналы болып табылады, бірақ жаңа орнатулар төменде сипатталғандай. Жақында, қыздырғыш шамдардың, рефлекторлардың және линзалардың орнына LED кластерлері қолданыла бастады. Бұл аз қуатты пайдаланады және жұмыс істеу мерзімі он жылға жетеді деп есептеледі, бірақ бұл шындықта дәл осылай болмауы мүмкін. Операциялық ережелерде әдетте қараңғы сигнал ең шектеулі көрсеткіш ретінде қарастырылуы керек (әдетте «тоқта» немесе «тоқта және жолға түс»). Көптеген түсті жарық жүйелері шамдар мен механизмдердегі осындай ақауларды анықтауға арналған схемаларды қамтиды.

Жарық сигналдарының орналасуы

Позициялық жарық сигналы – жарықтардың түсі емес, олардың орналасуы мағынасын анықтайтын сигнал. Сигнал тек бір түсті жарықтардың белгілі бір үлгісінен тұрады. Көптеген елдерде кішкентай позициялық жарық сигналдары маневрлік сигналдар ретінде қолданылады, ал басты сигналдар түсті жарық сигналы түрінде болады. Сондай-ақ, көптеген трамвай жүйелері (мысалы, Вулвергемптон метрополитені) позициялық жарық сигналдарын пайдаланады.

Түстердің орналасу сигналдары

Түс және позиция жүйелерінің элементтерін біріктіретін жүйе 1920 жылы Балтимор және Огайо темір жолында (B&O) әзірленді және Л. Ф. Лори мен Ф. П. Патеналл оны патенттеді. Ол орталық жарығы алынып тасталған және жарықтардың бұрыштарына сәйкес түспен боялған позициялық жарық жүйесіне ұқсас: тік жұп үшін жасыл, оң диагональ үшін күмісті, ал көлденең жұп үшін қызыл. Қосымша "ай ақ" түсті жұпты екінші диагональға шектеу көрсеткіштері үшін қосуға болады. Жылдамдық сигнализациясы қосымша сигналдық бастары арқылы емес, негізгі бастан жоғары және төмен орналасқан алты позицияның бірінде орналасқан ақ немесе күмісті "орбитальдық" жарықтар жүйесі арқылы көрсетіледі. Жоғары немесе төменгі позиция ағымдағы жылдамдықты, ал солдан оңға қарайғы позиция келесі сигналдағы жылдамдықты (екі жағдайда да толық, орташа немесе баяу) көрсетеді. Кішкентай сигналдар толық өлшемді сигналдармен бірдей аспектілерге ие. Жүйенің бір артықшылығы – күйген шамдар түсіріп шығаратын аспектілерді мақсатты көрсеткіш ретінде (негізгі бастың өзі үшін) немесе шектеуші көрсеткіш ретінде (орбитальдар үшін – егер тек орталық бас жарық болса, көрсеткіш баяу немесе шектеулі болады) дұрыс түсіндіруге болады. Түсті позициялық жарықтар (CPL) алғаш рет Нью-Йорктегі Стейтен-Айленд темір жолында, сол кезде B&O еншілес компаниясы болғанда, сынақ ретінде орнатылды; сондай-ақ, ол B&O бақылауында болған кезде Чикаго және Алтон темір жолында, сондай-ақ B&O-ның өзінде де қолданылды. B&O CSX құрамына енгеннен кейін олар біртіндеп NORAC түсті жарық сигналдарымен ауыстырылды.

Сигналды орнату

Жол бойындағы сигналдар басқаратын рельс жолының жанына орнатылуы керек.

Модульді монтаждау

Бір рельс қолданылғанда, сигнал әдетте рельстен жоғары биіктікте орналасқан қол немесе сигнал басын көрсететін бағанаға немесе тіреуге орнатылады, осылай алыстан көруге болады. Сигнал көбінесе локомотив жүргізушісінің жағында орналастырылады.

Грантиялық монтаждау

Бірнеше жол қатысқан кезде немесе орын жеткіліксіз болғанда, басқа түрлер қолданылады. Екі жолды учаскеде екі сигнал бір-біріне қатар орнатылған тіреуге орнатылуы мүмкін, ал тіреу өз кезегінде бағанаға бекітіледі. Сол жақ сигнал сол жолды, ал оң жақ сигнал оң жолды бақылайды. Сондай-ақ, гантри немесе сигнал көпірі де қолданылуы мүмкін. Бұл жолдардың үстінен созылатын платформадан тұрады; сигналдар осы платформаға, олар бақылайтын жолдардың үстіне орнатылады.

Жерге орнату

Кейбір жағдайларда немесе орындарда, мысалы, туннельдерде, тіреу бағанасы немесе консоль орнатуға жеткілікті орын болмағанда, сигналдар жер деңгейінде орнатылуы мүмкін. Мұндай сигналдар физикалық тұрғыдан кішірек болуы мүмкін (оларды "кішкентай сигналдар" деп атайды). Қалалық жылдам көлік жүйелері кеңістік шектеулеріне байланысты көбінесе тек кішкентай сигналдарды қолданады. Көптеген жүйелерде кішкентай сигналдар тек "шектеу" сияқты жағдайларды – төмен жылдамдықпен немесе маневр жасау үшін – көрсетуге қолданылады және әдетте "қозғалысқа рұқсат" сияқты жағдайларды көрсетпейді.

Басқа

Кейде сигнал тұрақтандыру қабырғасы, көпір тірегі немесе жоғары вольтты электр желісінің тірегі сияқты құрылымға орнатылуы мүмкін.

Қиындықтар

Темір жол сигналдарына арналған электр шамдар көбінесе екі жіпшелі болып келеді, соның арқасында біреуі жанып кетсе, екіншісі сигналды жандырып тұрады. Мысалы, SL35 лампасындағыдай, одан да күрделі нұсқасында, бірінші жіпшемен тізбекте жіпше ауыстыру релесі орнатылады. Егер бірінші жіпше жанып кетсе, реле істен шығып, екінші жіпшені жағады. Бұл жіпше ақау релесі сигналдық посттағы дабыл сигналин да қосады.

Лампаны сынау

Шамдардың істен шығуы, шамдар дұрыс жанып тұрған кездегіге қарағанда, шектеуі аз (жоғары жылдамдық) жағдайларға алып келуі мүмкін. Бұл қауіпті болуы мүмкін. Мысалы, Ұлыбритания тәжірибесінде, егер ақ "қауырсын" сигналы істен шықса, төмен жылдамдықтағы қауырсын, жасыл шаммен біріктіріледі, бұл төмен жылдамдық, ал өздігінен жасыл шам жанып, бұл жоғары жылдамдыққа ие болады. Шамды тексеру релесі, істен шыққан қауырсын сигналында екіден астам шам жұмыс істемей қалғанда ток мөлшерінің төмендеуін анықтап, жасыл шамның жануын тоқтатады. Сондай-ақ, ол сигнал берушінің пультіне көрсеткішті шығара алады. Осы мүмкіндікке байланысты, көптеген сигналдар қауіпсіздікке бағдарланған етіп жасалады. Мысалы, жыпылықтайтын жағдай, шектеуі аз сигналды көрсету үшін қолданылуы мүмкін. Бұл жағдайда, егер жыпылықтауды басқару релесі істен шықса, сигнал көбірек шектеуге ие болады. Канада мен АҚШ-та, кемінде жоғарғы немесе ортаңғы шамдарда, бірнеше шам болған жағдайда, жыпылықтайтын сары түс тоқтауға (немесе алдын ала жақындауға) рұқсат екенін білдіреді, яғни келесі сигнал ашық болады деп күтіледі, бірақ одан кейінгісі емес. Ықпалды сары түс тоқтауға (немесе жақындауға) рұқсат екенін білдіреді, яғни келесі сигнал тоқтау үшін беріледі деп күтіңіз.

Сигналдарды басқару және пайдалану

Сигналдар бастапқыда сигналдардың жанында орналасқан рычагтармен, кейіннен біріктірілген рычагтармен және сигналға сым кабельдерімен немесе роликтерде тірелген құбырлармен (АҚШ) қосылды. Көбінесе бұл рычагтар арнайы ғимаратқа, сигнал қорабына (Ұлыбритания) немесе тұйықталу мұнарасына (АҚШ) орналастырылды, және ақырында олар, стрелкалардың дұрыс орналасуына қарсы сигналды көрсетуге жол бермеу үшін механикалық түрде өзара байланыстырылды. Автоматтық қозғалыс басқару жүйелері пойыздардың бар-жоғын анықтау үшін рельс тізбектерін қосты және олардың болуын немесе болмауын көрсету үшін сигналдың жағдайын өзгертті.

Кабельдің сигнализациясы

Кейбір локомотивтер кабиналық сигналдарды көрсетуге жабдықталған. Олар локомотив кабинасындағы шамдардың белгілі бір үлгілері арқылы сигналдарды көрсете алады, немесе қарапайым жүйелерде жүргізушіні шектеулер туралы ескерту үшін ғана дыбыстық сигнал береді. Кабиналық сигналдар кейде жеке қолданылады, бірақ көбінесе олар сыртқы сигналдарды толықтыру үшін пайдаланылады. Кабиналық сигналдау жоғары жылдамдықты теміржолдарда ерекше пайдалы. Сыртқы сигналдар болмаған жағдайда, сигналдар орналасатын жерлерде қозғалысқа рұқсат шегін белгілеу үшін тұрақты маркерлер орнатылуы мүмкін.

Сигнал беру қуаты

Әдетте сигналдар және басқа жабдықтар (мысалы, рельс тізбектері мен теміржол өткелдерінің жабдықтары) төмен кернеумен қуаттандырылады. Нақты кернеу елге және қолданылатын жабдыққа қарай өзгереді. Бұның себебі төмен кернеудің аккумуляторлардан оңай жұмыс істеуге мүмкіндік беруі, және шындығында, әлемнің кейбір аймақтарында (және бұрын электр қуаты кеңінен қолданылғанға дейін көптеген жерлерде) аккумуляторлар негізгі қуат көзі болып табылады, себебі сол жерде электр желісі болуы мүмкін емес. Қалалық құрылыс аймақтарында сигнал жабдықтарын электр желісінен тікелей қуаттандыру қалыптасқан, ал аккумуляторлар тек резервтік қуат көзі ретінде қолданылады.