Автоматическая система предупреждения на железной дороге

Введение

Система безопасности железных дорог

Система автоматического предупреждения (AWS) — система безопасности железных дорог, изобретенная и преимущественно используемая в Соединенном Королевстве. Она предоставляет машинисту звуковое оповещение о том, показывает ли следующий сигнал, к которому он приближается, разрешающий или предупреждающий аспект. В зависимости от состояния предстоящего сигнала, AWS издает звук "гудка" (в качестве предупреждающего сигнала) или звук "звонка" (в качестве разрешающего сигнала). Если машинист не подтверждает предупреждающий сигнал, AWS автоматически применяет экстренное торможение. Однако, если машинист правильно подтверждает предупреждающий сигнал, нажимая кнопку подтверждения, ему отображается визуальный индикатор "подсолнух" в качестве напоминания о предупреждении.

Принципы работы

AWS – это система, основанная на обнаружении поездом магнитных полей. Эти магнитные поля создаются постоянными магнитами и электромагнитами, установленными на пути. Полярность и последовательность магнитных полей, обнаруженных поездом, определяют тип сигнала, подаваемого машинисту. Магнит, известный как магнит AWS, устанавливается по центральной линии пути. Магнитное поле магнита устанавливается в соответствии с последующим показанием сигнала. В 1873 году патент Великобритании № 3286 был выдан Чарльзу Дэвидсону и Чарльзу Даффи Уильямсу за систему, в которой, при проезде сигнала в запрещающем положении, рычаг у пути приводил в действие свисток локомотива, включал тормоза, отключал пар и оповещал поездного машиниста. Последовали многочисленные аналогичные патенты, но все они имели один и тот же недостаток – их нельзя было использовать на высоких скоростях из-за риска повреждения механизма, и они не получили развития. В Германии система Кофлера использовала рычаги, выдвигающиеся из сигнальных мачт, для взаимодействия с парой рычагов – один обозначал «осторожно», другой – «стоп», установленных на крыше кабины локомотива. Для решения проблемы работы на скорости пружинное крепление рычагов было соединено непосредственно с буксой локомотива для обеспечения правильного выравнивания. Когда берлинская S-Bahn была электрифицирована в 1929 году, одновременно была установлена усовершенствованная версия этой системы, в которой контактные рычаги были перемещены с крыши на бока поездов. Первое полезное устройство было изобретено Винсентом Рейвеном из Северо-Восточной железной дороги в 1895 году, патент № 23384. Хотя оно обеспечивало только звуковое предупреждение, оно указывало машинисту, когда стрелки впереди установлены для ответвляющегося пути. К 1909 году компания установила его примерно на 160 километрах пути. В 1907 году Фрэнк Уайатт Прентис запатентовал систему радиосигнализации, использующую непрерывный кабель, проложенный между рельсами, питаемый искровым генератором для передачи «герцианских волн» на локомотив. Когда электрические волны были активны, они вызывали уплотнение металлических опилок в когерере на локомотиве, что позволяло току от аккумулятора проходить. Сигнал отключался, если блок не был свободен; ток не проходил через когерер, и реле переключало белый или зеленый свет в кабине на красный и включало тормоза. Лондонская и Юго-Западная железная дорога установила систему на своей ветке Хэмптон-Корт в 1911 году, но вскоре после этого демонтировала ее, когда ветка была электрифицирована.

AWS is a system based on trains detecting magnetic fields. These magnetic fields are created by permanent magnets and electromagnets installed on the track. The polarity and sequence of magnetic fields detected by a train determine the type of indication given to the train driver. A magnet, known as an AWS magnet is installed on the track center line. The magnetic field of the magnet is set based on the next signal aspect. In 1873, United Kingdom Patent No. 3286 was granted to Charles Davidson and Charles Duffy Williams for a system in which, if a signal were passed at danger, a trackside lever operated the locomotive's whistle, applied the brake, shut off steam and alerted the guard. Numerous similar patents followed but they all bore the same disadvantage – that they could not be used at higher speeds for risk of damage to the mechanism – and they came to nothing. In Germany, the Kofler system used arms projecting from signal posts to engage with a pair of levers, one representing caution and the other stop, mounted on the locomotive cab roof. To address the problem of operation at speed, the sprung mounting for the levers was connected directly to the locomotive's axle box to ensure correct alignment. When Berlin's S Bahn was electrified in 1929, a development of this system, with the contact levers moved from the roofs to the sides of the trains, was installed at the same time. The first useful device was invented by Vincent Raven of the North Eastern Railway in 1895, patent number 23384. Although this provided audible warning only, it did indicate to the driver when points ahead were set for a diverging route. By 1909, the company had installed it on about 100 miles of track. In 1907 Frank Wyatt Prentice patented a radio signalling system using a continuous cable laid between the rails energized by a spark generator to relay "Hertzian Waves" to the locomotive. When the electrical waves were active they caused metal filings in a coherer on the locomotive to clump together and allow a current from a battery to pass. The signal was turned off if the block were not "clear"; no current passed through the coherer and a relay turned a white or green light in the cab to red and applied the brakes. The London & South Western Railway installed the system on its Hampton Court branch line in 1911, but shortly after removed it when the line was electrified.

GWR автоматическое управление поездом

Первая система, получившая широкое распространение, была разработана в 1905 году компанией Great Western Railway (GWR) и защищена патентами Великобритании № 12661 и 25955. Ее преимущества перед предыдущими системами заключались в возможности использования на высокой скорости и в звуковом подтверждении в кабине при прохождении сигнала в разрешающем положении. В окончательной версии системы GWR локомотивы оснащались электромагнитным клапаном в вакуумном трубопроводе поезда, который поддерживался в закрытом положении аккумулятором. Перед каждым предварительным сигналом между рельсами устанавливался длинный пандус. Этот пандус состоял из прямого металлического лезвия, установленного ребром, почти параллельно направлению движения (лезвие было слегка смещено от параллели, чтобы в его фиксированном положении не образовывалась канавка на контактных башмаках локомотива), закрепленного на деревянной опоре. При прохождении локомотива по пандусу поднимался пружинный контактный башмак под локомотивом, и разрывалась цепь аккумулятора, удерживавшего тормозной клапан закрытым. В случае разрешающего сигнала ток от бортового аккумулятора, питающего пандус (но с противоположной полярностью), поступал на локомотив через контакт и поддерживал тормозной клапан в закрытом положении, при этом ток обратной полярности включал звонок в кабине. Чтобы механизм успел сработать при движении локомотива на высокой скорости, и внешний ток подавался лишь мгновенно, использовалось "реле с замедленным отключением", которое одновременно увеличивало время работы и дополняло мощность от внешнего источника током от аккумулятора локомотива. Каждый предварительный сигнал имел собственный аккумулятор, работающий от 12,5 В и выше; считалось, что сопротивление при прямой подаче питания от центрального поста управления сигналов слишком велико (оборудование локомотива требовало 500 мА). Вместо этого цепь на 3 В от переключателя на посту управления сигналов управляла реле в аккумуляторном ящике. Когда сигнал был "внимание" или "опасность", аккумулятор пандуса отключался и не мог заменить ток аккумулятора локомотива: электромагнит тормозного клапана освобождался, и воздух поступал в вакуумный трубопровод поезда через сирену, которая обеспечивала звуковое предупреждение и одновременно начинала медленно приводить тормоза в действие. От машиниста ожидалось отмена предупреждения (возвращение системы в нормальное состояние) и ручное применение тормозов. В противном случае электромагнитный клапан тормоза оставался бы открытым, что привело бы к полной потере вакуума и автоматическому применению тормозов примерно через 15 секунд. Машинист отменял предупреждение, нажимая на пружинный перекидной рычаг на аппарате ATC в кабине; конструкция ключа и схемы была такова, что сброс системы происходил при возвращении рычага в нормальное положение после нажатия, а не при самом нажатии. Это предотвращало намеренное отключение системы машинистами, заклинивающими рычаг в нижнем положении, или случайное заклинивание рычага. В нормальных условиях аккумулятор локомотива постоянно разряжался, удерживая клапан в вакуумном трубопроводе закрытым. Чтобы минимизировать это, был встроен автоматический выключатель, отключавший аккумулятор, когда локомотив не использовался и вакуум в трубопроводе падал. Специально оборудованные локомотивы GWR могли работать на общих линиях, электрифицированных по принципу третьего рельса (Смитфилдский рынок, Паддингтон-субурбан и Аддисон-роуд). На входе в электрифицированные участки специальный пандус с высоким профилем (вместо обычного) поднимал контактный башмак локомотива до тех пор, пока он не зацеплялся за храповик на раме. Соответствующий поднятый пандус в конце электрифицированного участка освобождал храповик. Однако было обнаружено, что сильный тяговый ток может мешать надежной работе бортового оборудования при прохождении этих маршрутов, и именно поэтому в 1949 году система GWR, в остальном "хорошо зарекомендовавшая себя", не была выбрана в качестве национального стандарта (см. ниже). Она была испытана компаниями Southern Railway, London & North Eastern Railway и London, Midland & Scottish Railway, но эти испытания не дали результатов. В 1948 году Хадд, работавший в то время на LMS, оснастил своей системой линию Лондон-Тилбери-Саутенд, подразделение LMS. Это было успешно, и British Railways усовершенствовала механизм, добавив визуальную индикацию в кабине текущего сигнала. В 1956 году Министерство транспорта оценило системы GWR, LTS и BR и выбрало систему, разработанную BR, в качестве стандарта для железных дорог Великобритании. Это было реакцией на аварию в Харроу-энд-Уилдстоун в 1952 году.

The first system to be put into wide use was developed in 1905 by the Great Western Railway (GWR) and protected by UK patents 12661 and 25955. Its benefits over previous systems were that it could be used at high speed and that it sounded a confirmation in the cab when a signal was passed at clear. In the final version of the GWR system, the locomotives were fitted with a solenoid operated valve into the vacuum train pipe, maintained in the closed position by a battery. At each distant signal, a long ramp was placed between the rails. This ramp consisted of a straight metal blade set edge on, almost parallel to the direction of travel (the blade was slightly offset from parallel so in its fixed position it would not wear a groove into the locomotives' contact shoes), mounted on a wooden support. As the locomotive passed over the ramp, a sprung contact shoe beneath the locomotive was lifted and the battery circuit holding closed the brake valve was broken. In the case of a clear signal, current from a lineside battery energising the ramp (but at opposite polarity) passed to the locomotive through the contact and maintained the brake valve in the closed position, with the reversed polarity current ringing a bell in the cab. To ensure that the mechanism had time to act when the locomotive was travelling at high speed, and the external current therefore supplied only for an instant, a "slow releasing relay" both extended the period of operation and supplemented the power from the external supply with current from the locomotive battery. Each distant signal had its own battery, operating at 12.5 V or more; the resistance if the power came directly from the controlling signal box was thought too great (the locomotive equipment required 500 mA). Instead, a 3 V circuit from a switch in the signal box operated a relay in the battery box. When the signal was at 'caution' or 'danger', the ramp battery was disconnected and so could not replace the locomotive's battery current: the brake valve solenoid would then be released causing air to be admitted to the vacuum train pipe via a siren which provided an audible warning as well as slowly applying the train brakes. The driver was then expected to cancel the warning (restoring the system to its normal state) and apply the brakes under his own control if he did not the brake valve solenoid would remain open, causing all vacuum to be lost and the brakes to be fully applied after about 15 seconds. The warning was cancelled by the driver depressing a spring laden toggle lever on the ATC apparatus in the cab; the key and circuitry was arranged so that it was the lever returning to its normal position after being depressed and not the depressing of the lever that reset the system this was to prevent the system being overridden by drivers jamming the lever in the downward position or the lever accidentally becoming stuck in such a position. In normal use the locomotive battery was subject to constant drain holding closed the valve in the vacuum train pipe so to keep this to a minimum an automatic cut off switch was incorporated which disconnected the battery when the locomotive was not in use and the vacuum in the train pipe had dropped away. It was possible for specially equipped GWR locomotives to operate over shared lines electrified on the third rail principle (Smithfield Market, Paddington Suburban and Addison Road). At the entrance to the electrified sections a particular, high profile contact ramp ( instead of the usual ) raised the locomotive's contact shoe until it engaged with a ratchet on the frame. A corresponding raised ramp at the end of the electrified section released the ratchet. It was found, however, that the heavy traction current could interfere with the reliable operation of the on board equipment when traversing these routes and it was for this reason that, in 1949, the otherwise "well proven" GWR system was not selected as the national standard (see below). It was tested by the Southern Railway, London & North Eastern Railway and the London, Midland & Scottish Railway but these trials came to nothing. In 1948 Hudd, now working for the LMS, equipped the London, Tilbury and Southend line, a division of the LMS, with his system. It was successful and British Railways developed the mechanism further by providing a visual indication in the cab of the aspect of the last signal passed. In 1956, the Ministry of Transport evaluated the GWR, LTS and BR systems and selected the one developed by BR as standard for Britain's railways. This was in response to the Harrow & Wealdstone accident in 1952.

Двунаправленная работа

Поскольку постоянный магнит расположен в центре пути, он функционирует в обоих направлениях. Постоянный магнит может быть деактивирован электрической катушкой достаточной мощности. Если сигналы, предназначенные для противоположных направлений движения по одному пути, расположены соответствующим образом относительно друг друга (то есть друг напротив друга на расстоянии около 400 ярдов), можно использовать общее путевое оборудование, состоящее из неподавленного постоянного магнита, помещенного между электромагнитами обоих сигналов.