Железнодорожные световые сигналы: устройство и интерпретация

Введение

Визуальное сигнальное устройство для железнодорожных инженеров

физические железнодорожные сигнальные устройства

Железнодорожный сигнал – это визуальное устройство, отображающее информацию, которая передает инструкции или предупреждает об инструкциях, касающихся права машиниста на продолжение движения. Машинист интерпретирует показания сигнала и действует соответствующим образом. Как правило, сигнал может информировать машиниста о скорости, с которой поезд может безопасно двигаться, или предписывать ему остановиться.

Аспекты и показания

Сигналы имеют аспекты и показания. Аспект – это визуальное представление сигнала, а показание – его значение. В американской практике показания имеют общепринятые названия, например, "Средний подход" означает "Двигайтесь со скоростью не более средней, будьте готовы остановиться у следующего сигнала". Исторически разные железные дороги присваивали разные значения одному и тому же аспекту, поэтому в результате слияний часто бывает, что разные подразделения современной железной дороги могут иметь разные правила интерпретации аспектов сигналов. Например, стоп-аспект относится к любому аспекту сигнала, который не разрешает водителю проехать сигнал. Сигналы регулируют движение после точки, где установлен сигнал, и на следующий перегон. Они также могут передавать информацию о состоянии следующего сигнала. Иногда говорят, что сигналы "защищают" стрелки, перегоны и т.п., расположенные перед ними. Термин "перед" может быть неоднозначным, поэтому в официальной практике Великобритании используются термины "позади" и "впереди". Когда поезд ожидает сигнала, он находится "позади" этого сигнала, а опасность, которую защищает сигнал, находится "впереди" поезда и сигнала. В североамериканской практике необходимо различать абсолютные сигналы, которые могут показывать показание "Стоп" (или "Стоп и стой"), и разрешающие сигналы, которые показывают аспект "Стоп и продолжай движение". Кроме того, разрешающий сигнал может быть обозначен как сигнал класса, при котором поезду не требуется физически останавливаться на сигнал "Стоп и продолжай движение", а только снижать скорость до такой, чтобы успеть остановиться перед любыми препятствиями. Сигналы с централизацией (управляемые) обычно являются абсолютными, в то время как автоматические сигналы (то есть те, которые контролируются только занятостью пути, а не диспетчером) обычно являются разрешающими. Водители должны знать, какие сигналы являются автоматическими. Например, в современной британской практике автоматические сигналы имеют белую прямоугольную пластину с черной горизонтальной полосой. В американской практике разрешающий сигнал обычно обозначается наличием номерного знака. В австралийских штатах Новый Южный Уэльс, Виктория и Южная Австралия, а также в Новой Зеландии, разрешающий сигнал имеет нижний набор огней, смещенный (обычно вправо) относительно верхнего набора огней; в Виктории и Новой Зеландии абсолютный сигнал, показывающий красный или белый свет "А", также рассматривается как разрешающий сигнал. Некоторые типы сигналов отображают отдельные аспекты для разрешающего и абсолютного стопа. В Германии правила, применимые к конкретному сигналу, указываются вертикальной табличкой на мачте сигнала (Mastschild). Правила эксплуатации обычно предписывают, что сигнал с неисправностью, например, с погасшей лампой или полностью темным сигналом, следует интерпретировать как наиболее ограничивающий аспект – обычно "Стоп" или "Стоп и продолжай движение".

Signals have aspects and indications. The aspect is the visual appearance of the signal; the indication is the meaning. In American practice the indications have conventional names, so that for instance "Medium Approach" means "Proceed at not exceeding medium speed; be prepared to stop at next signal". Different railroads historically assigned different meanings to the same aspect, so it is common as a result of mergers to find that different divisions of a modern railroad may have different rules governing the interpretation of signal aspects. For example, stop aspect refers to any signal aspect that does not allow the driver to pass the signal. Signals control motion past the point at which the signal stands and into the next section of track. They may also convey information about the state of the next signal to be encountered. Signals are sometimes said to "protect" the points or switches, section of track, etc. that they are ahead of. The term "ahead of" can be confusing, so official UK practice is to use the terms in rear of and in advance of. When a train is waiting at a signal it is "in rear of" that signal and the danger being protected by the signal is "in advance of" the train and signal. In North American practice, a distinction must be made between absolute signals, which can display a "Stop" (or "Stop and Stay") indication, and permissive signals, which display a "Stop & Proceed" aspect. Furthermore, a permissive signal may be marked as a Grade Signal where a train does not need to physically stop for a "Stop & Proceed" signal, but only decelerate to a speed slow enough to stop short of any obstructions. Interlocking ('controlled') signals are typically absolute, while automatic signals (i. e. those controlled through track occupancy alone, not by a signalman) are usually permissive. Drivers need to be aware of which signals are automatic. In current British practice for example, automatic signals have a white rectangular plate with a black horizontal line across it. In US practice a permissive signal typically is indicated by the presence of a number plate. In the Australian states of New South Wales, Victoria and South Australia, as well as New Zealand, a permissive signal has the lower set of lights offset (usually to the right) from the upper lights; in Victoria and New Zealand, an absolute signal displaying a red or white "A" light is also treated as a permissive signal. Some types of signal display separate permissive and absolute stop aspects. In Germany, the rules which apply to the respective signal are indicated by a vertical plate on the signal's post (Mastschild). Operating rules normally specify that a signal with an abnormality, such as one with an extinguished lamp or an entirely dark signal, must be interpreted as the most restrictive aspectgenerally "Stop" or "Stop and Proceed".

Формы сигналов

Сигналы различаются как по способу отображения сигнальных состояний, так и по способу их установки относительно железнодорожного пути.

Механические сигналы

Самые старые типы сигналов отображали свои различные показания посредством физического перемещения части сигнала. Самые ранние из них представляли собой доску, которую можно было повернуть лицом к водителю, чтобы она была полностью видна, или повернуть в сторону, сделав её практически невидимой. Эти сигналы имели два или максимум три положения. Семафорные сигналы были разработаны во Франции в конце XVIII века, а затем внедрены на железных дорогах. Первый железнодорожный семафор был установлен Чарльзом Хаттоном Грегори на железной дороге Лондон и Кройдон (позже Брайтон) у станции Нью-Кросс-Гейт, в юго-восточной части Лондона, в 1841 году. Он был аналогичен по форме оптическим телеграфам, которые в то время заменялись на суше электрическим телеграфом. Установка Грегори была осмотрена и одобрена для Торгового совета генерал-майором Чарльзом Пасли. Пасли изобрел систему оптической телеграфии с использованием семафоров в 1822 году для британской армии и, по-видимому, предложил Грегори применить семафор для железнодорожной сигнализации. После этого семафор быстро получил широкое распространение в качестве стационарного сигнала. Дисковые сигналы, такие как сигналы производства компании Hall Signal Company, иногда использовались, но семафоры можно было видеть с гораздо большего расстояния. Изобретение электрического освещения, которое было ярче масляных ламп и, следовательно, видимым как ночью, так и днем, привело к разработке позиционных световых сигналов и цветных световых сигналов в начале XX века, которые постепенно вытеснили семафоры. Некоторые из них до сих пор используются в современной эксплуатации в Великобритании. Механические сигналы могут управляться вручную, с помощью рычага в сигнальном пункте, электродвигателями или гидравлически. Сигналы сконструированы с учетом принципа безопасности, так что при потере питания или обрыве тяги стрелка под действием силы тяжести перейдет в горизонтальное положение. В США семафоры использовались в качестве сигналов для подачи распоряжений, чтобы указать машинистам, следует ли им остановиться для получения телеграфного приказа, а также как один из видов блокировки участков пути.

The oldest forms of signal displays their different indications by a part of the signal being physically moved. The earliest types comprised a board that was either turned face on and fully visible to the driver, or rotated away so as to be practically invisible. These signals had two or at most three positions. Semaphore signals were developed in France at the end of the 18th century, before being later adopted by the railways. The first railway semaphore was erected by Charles Hutton Gregory on the London and Croydon Railway (later the Brighton) at New Cross Gate, southeast London, in 1841. It was similar in form to the optical telegraphs then being replaced on land by the electric telegraph. Gregory's installation was inspected and approved for the Board of Trade by Major General Charles Pasley. Pasley had invented a system of optical telegraphy through semaphores in 1822 for the British military, and appears to have suggested to Gregory the application of the semaphore to railway signaling. The semaphore was afterwards rapidly adopted as a fixed signal nearly universally. Disc signals, such as those made by the Hall Signal Company, were sometimes used, but semaphores could be read at much longer distances. The invention of the electric light, which could be made brighter than oil lamps and hence visible both by night and day, resulted in the development of position light signals and colour light signals at the beginning of the 20th century, which gradually displaced semaphores. A few remain in modern operations in the United Kingdom. Mechanical signals may be operated manually, connected to a lever in a signal box, by electric motors, or hydraulically. The signals are designed to be fail safe so that if power is lost or a linkage is broken, the arm will move by gravity into the horizontal position. In the U. S., semaphores were employed as train order signals, with the purpose of indicating to engineers whether they should stop to receive a telegraphed order, and also as simply one form of block signalling.

Цветные световые сигналы

Введение электрических ламп позволило создавать цветные световые сигналы, достаточно яркие для видимости в дневное время, начиная с 1904 года. Сигнальная головка – это часть цветного светового сигнала, отображающая показания (аспекты). Для отображения большего количества показаний один сигнал может иметь несколько сигнальных головок. В некоторых системах использовалась одна головка в сочетании с вспомогательными огнями для изменения основного показания. Цветные световые сигналы бывают двух типов. Наиболее распространенным является многоблочный тип, с отдельными лампами и линзами для каждого цвета, как в светофоре. Для защиты от солнечного света, способного вызвать ложные показания, обычно используются защитные кожухи и экраны. До недавнего времени в США наиболее часто использовались сигналы с прожектором. В них в каждой головке используется одна лампа накаливания, а для перемещения цветного стекла (или "круглого светового элемента") перед лампой используется релейный механизм переменного или постоянного тока. При этом гравитация (принцип отказоустойчивости) обеспечивает возврат красного светового элемента в оптический путь лампы. По сути, этот механизм очень похож на цветной световой сигнал, встроенный в электрифицированный семафор, за исключением того, что отсутствие семафорного стрела позволяет миниатюризировать световые элементы и поместить их в герметичный корпус. Широко использовавшиеся в США со времен Второй мировой войны, сигналы с прожектором имеют недостаток в виде наличия движущихся частей, которые могут быть намеренно повреждены. Это привело к их снижению распространенности в последние пятнадцать-двадцать лет, когда вандализм сделал их уязвимыми для ложных показаний. Однако в некоторых других странах, например, на итальянских железных дорогах (FS) в соответствии с Правилами сигнализации (Regolamento Segnali), они по-прежнему являются стандартным цветным световым сигналом, хотя новые установки выполняются по схеме, описанной ниже. В последнее время вместо ламп накаливания, отражателей и линз стали использовать кластеры светодиодов. Они потребляют меньше энергии и, как утверждается, имеют срок службы десять лет, хотя на практике это может быть не так. Правила эксплуатации обычно предписывают интерпретировать погасший сигнал как дающий наиболее ограничивающее показание (обычно "стоп" или "стоп и следовать"). Многие системы цветной сигнализации оснащены схемами для обнаружения неисправностей ламп или механизма.

The introduction of electric light bulbs made it possible to produce colour light signals which were bright enough to be seen during daylight, starting in 1904. The signal head is the portion of a colour light signal which displays the aspects. To display a larger number of indications, a single signal might have multiple signal heads. Some systems used a single head coupled with auxiliary lights to modify the basic aspect. Colour light signals come in two forms. The most prevalent form is the multi unit type, with separate lights and lenses for each colour, in the manner of a traffic light. Hoods and shields are generally provided to shade the lights from sunlight which could cause false indications. Searchlight signals were the most often used signal type in the U. S. until recently. In these, a single incandescent light bulb is used in each head, and either an A. C. or D. C. relay mechanism is used to move a coloured spectacle (or "roundel") in front of the lamp. In this manner, gravity (fail safe) returns the red roundel into the lamp's optical path. In effect, this mechanism is very similar to the colour light signal that is included in an electrically operated semaphore signal, except that the omission of the semaphore arm allows the roundels to be miniaturized and enclosed in a weatherproof housing. Widely used in the U. S. from World War II onward, searchlight signals have the disadvantage of having moving parts which may be deliberately tampered with. This had led to them becoming less common during the last fifteen to twenty years when vandalism began to render them vulnerable to false indications. However, in some other countries, such as on the Italian railways (FS) as from the Regolamento Segnali, they are still the standard colour light signal albeit with new installations being as outlined below. More recently, clusters of LEDs have started to be used in place of the incandescent lamps, reflectors and lenses. These use less power and have a purported working life of ten years, but this may not in reality be the case. Operating rules generally dictate that a dark signal be interpreted as giving the most restrictive indication it can display (generally "stop" or "stop and proceed"). Many colour light systems have circuitry to detect such failures in lamps or mechanism.

Позиционные световые сигналы

Сигнал позиционного света – это сигнал, в котором значение определяется не цветом огней, а их расположением. Аспект состоит исключительно из комбинации светящихся огней, все из которых одного цвета. Во многих странах небольшие сигналы позиционного света используются в качестве маневровых сигналов, а основные сигналы выполнены в виде цветных светофоров. Кроме того, многие трамвайные системы (например, метрополитен Вулвергемптона) используют сигналы позиционного света.

Сигналы о цветовой позиции

Система, сочетающая в себе элементы цветовой и позиционной сигнализации, была разработана на Балтиморской и Огайоской железной дороге (B&O) в 1920 году и запатентована Л. Ф. Лори и Ф. П. Патеналом. Она аналогична позиционной световой системе, но с удаленным центральным сигналом и образовавшимися парами сигналов, окрашенными в соответствии с углом их расположения: зеленый – для вертикальной пары, янтарный – для правой диагональной пары и красный – для горизонтальной пары. Для ограничивающих показаний на противоположной диагонали может быть добавлена дополнительная пара, окрашенная в "лунный белый" цвет. Сигнализация скорости осуществляется не дополнительными сигнальными головками, а системой белых или янтарных "орбитальных" сигналов, расположенных в одной из шести позиций над и под основной головкой. Положение над или под указывает текущую скорость, а положение слева направо – скорость у следующего сигнала (полная, средняя или медленная в обоих случаях). Карликовые сигналы имеют те же показания, что и сигналы нормального размера. Одним из преимуществ системы является то, что перегоревшие лампы создают показания, которые можно однозначно интерпретировать как намеренный сигнал (для основной головки) или как более ограничивающий сигнал (для орбитальных сигналов – если горит только центральная головка, то показание либо медленное, либо ограничивающее). Цветные позиционные сигналы (CPL) впервые были установлены в качестве пилотного проекта на железной дороге Статен-Айленд в Нью-Йорке, которая в то время являлась дочерней компанией B&O; они также применялись на железной дороге Чикаго и Алтон, когда последняя находилась под контролем B&O, а также на самой B&O. После поглощения B&O компанией CSX они постепенно были заменены цветными световыми сигналами NORAC.

Монтаж сигнала

Сигналы, расположенные вдоль путей, должны быть установлены вблизи контролируемого ими пути.

Пост монтаж

Когда используется один путь, сигнал обычно устанавливается на столб или мачту, на которой рука или световая головка сигнала располагается на некоторой высоте над путями, чтобы его было видно на расстоянии. Сигнал обычно размещается с той стороны пути, где находится машинист.

Монтаж на стенды

Когда используется несколько путей, или когда пространство не позволяет установить сигналы на столбе, применяются другие конструкции. На участках с двойным движением можно встретить два сигнала, установленных рядом на кронштейне, который, в свою очередь, крепится к столбу. Левый сигнал управляет левым путем, а правый – правым. Также могут использоваться порталы или сигнальные мосты. Это платформы, перекрывающие пути; сигналы устанавливаются на этих платформах над путями, которые они контролируют.

Наземная установка

В некоторых ситуациях или местах, например, в туннелях, где недостаточно места для столба или моста, сигналы могут монтироваться на уровне земли. Такие сигналы могут быть физически меньше и называются карликовыми сигналами. Системы скоростного транспорта обычно используют исключительно карликовые сигналы из-за ограниченного пространства. Во многих системах карликовые сигналы применяются только для отображения "ограничивающих" показаний, таких как пониженная скорость или маневровые показания, и как правило, не отображают "проходные" показания.

Другое

Иногда сигнал может быть установлен на сооружение, такое как подпорная стена, опора моста или опора контактной сети.

Филаменты

Электрические лампы для железнодорожных сигналов часто оснащаются двумя нитями накаливания, чтобы в случае перегорания одной, другая продолжала освещать сигнал. В более сложной конструкции, например, в лампе SL35, последовательно с первой нитью устанавливается реле переключения нитей, которое при перегорании первой нити отключается и зажигает вторую нить. Это реле контроля неисправности нити также активирует сигнализацию в диспетчерской.

Проверка лампы

Если лампы выходят из строя, это может привести к менее ограничивающим сигналам (высокой скорости), чем при их исправной работе. Это потенциально опасно. Например, в Великобритании, если выходит из строя белый индикатор "перо", низкоскоростной сигнал "перо" в сочетании с зеленым светом (низкая скорость) превращается в просто зеленый свет (высокая скорость). Реле контроля ламп обнаруживает снижение тока, когда неисправно более двух ламп в неисправном индикаторе "перо", и предотвращает отображение зеленого сигнала. Оно также может отображать индикацию на пульте управления сигналистом. В связи с этой возможностью, большинство сигналов сконфигурированы как отказобезопасные. Например, мигающий сигнал может использоваться для отображения менее ограничивающего сигнала. В этом случае, если реле, управляющее миганием, выходит из строя, сигнал становится более ограничивающим. В Канаде и Соединенных Штатах мигающий желтый сигнал, по крайней мере, на верхнем или среднем фонаре, если их несколько, означает "продолжать движение до сигнала остановки" (или, альтернативно, "приготовиться к остановке"), что означает, что следующий сигнал будет разрешающим, но не последующий. Постоянный желтый сигнал означает "продолжать движение до сигнала остановки" (или, альтернативно, "приготовиться к остановке"), что означает, что следующий сигнал будет запрещающим.

Контроль и управление сигналами

Сигналы первоначально управлялись рычагами, расположенными непосредственно у сигналов, а затем рычагами, сгруппированными вместе и соединенными с сигналами проволочными тросами или трубами, поддерживаемыми на роликах (США). Часто эти рычаги размещались в специальном здании, известном как пульт (Великобритания) или диспетчерская (США), и со временем были механически заблокированы, чтобы предотвратить подачу сигнала, противоречащего положению стрелочного перевода. Автоматические системы управления движением добавляют рельсовые цепи для обнаружения поездов и изменяют сигнальные показания в соответствии с их наличием или отсутствием на участке.

Сигнализация кабины

Некоторые локомотивы оборудованы системой индикации сигналов в кабине машиниста. Эта система может отображать показания сигналов посредством световых комбинаций в кабине локомотива, либо, в более простых системах, издавать звуковой сигнал для предупреждения машиниста об ограничивающем показании. Иногда индикация в кабине используется самостоятельно, но чаще она служит дополнением к сигналам, расположенным вдоль пути. Индикация сигналов в кабине особенно полезна на высокоскоростных железных дорогах. В отсутствие сигналов вдоль пути могут быть установлены стационарные ориентиры на тех местах, где обычно располагались бы сигналы, для обозначения границы разрешенного движения.

Сигнальная мощность

Обычно сигналы и другое оборудование (например, рельсовые цепи и оборудование переездов) питаются от источника низкого напряжения. Конкретное напряжение варьируется в зависимости от страны и используемого оборудования. Это связано с тем, что низкое напряжение обеспечивает простую работу от аккумуляторных батарей, и, действительно, в некоторых частях мира (и ранее во многих других местах, до широкого распространения электроэнергии), батареи являются основным источником питания, поскольку в этих местах может отсутствовать доступ к электросети. В городских районах сейчас наблюдается тенденция питать сигнальное оборудование непосредственно от электросети, используя батареи только в качестве резервного источника.