Введение

Уже в первые годы существования железных дорог стремились механизировать процессы, связанные с организацией движения поездов, т. е. облегчить физический труд человека при решении поставленных задач. Ручное перемещение стрелочных и сигнальных тяг заменялось механизированным с использованием энергии сжатого воздуха, жидкости, электрического тока. Применение соответствующих устройств (пневмо-, гидро-, электроприводов), как правило, позволяло ускорить приготовление маршрутов и, следовательно, поднять участковую скорость.

Одновременно с механизацией решались вопросы автоматизации процессов установки маршрутов и интервального регулирования движения поездов,
т. е. внедрения устройств, облегчавших функции управления. К техническим средствам автоматизации относятся различного рода системы путевой автоматической блокировки (ПАБ, АБ), авторегулировки (АЛС, САУТ), электрической централизации (ЭЦ) стрелок и сигналов, диспетчерской централизации (ДЦ), устройств заграждения переездов (АПС) и др. Эти системы позволяют регулировать движение поездов в заданных размерах, осуществлять телеуправление и контроль объектов на практически нужных расстояниях, обеспечивать на высоком уровне безопасность движения по заданному алгоритму, поставлять информацию о сложившейся поездной обстановке и другие различного рода сведения, необходимые для принятия оперативных решений.

Методические указания состоят из двух частей. Во второй части предлагается ознакомиться с основами электропитания устройств АБ, заграждения на переездах (АПС), принципами действия авторегулировки (АЛСН, САУТ); изучить конструкцию напольных устройств АБ, АПС, АЛСН, САУТ и приобрести практические навыки по их регулировке и содержанию.

Отчеты по лабораторным работам составляются каждым студентом и предоставляются для проверки преподавателю в установленные сроки.

Лабораторная работа 4

АППАРАТУРА КОДИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

Ц е л ь р а б о т ы: уяснить назначение кодирования рельсовых цепей (РЦ) и ознакомиться с приборами обеспечивающими кодирование, и изучить принцип их действия.

4.1. Основные сведения

Движение поездов на железнодорожном транспорте регулируется с помощью различного рода сигналов. Основным источником сигналов для машиниста, ведущего поезд, является путевой светофор, однако ввиду кривых и сложного профиля пути, значительной длины блок-участков (2600 м) часть времени машинист ведет поезд, не имея информации о показании впередистоящего светофора. Для того чтобы обеспечить машиниста информацией, в настоящее время широко применяется система автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), в основе которой лежит кодирование РЦ. В системе АЛС при движении поезда по перегону передача информации о показании впередистоящего светофора передается по рельсовой цепи в виде одного из трех кодов – З, Ж или КЖ. Кодовый ток воспринимается приемными катушками, расположенными впереди первой колесной пары локомотива на высоте 100 – 180 мм от уровня головки рельса и находящимися в магнитном поле сигнального тока. ЭДС, наведенная в катушках, вызывает протекание тока в импульсном реле, задающем работу дешифратора, с помощью которого выбираются показания локомотивного
светофора.

Аппаратура кодирования РЦ состоит из четырех основных компонентов: источника кодового тока, формирователя кодовой последовательности, коммутатора кодового тока в РЦ, устройства сопряжения. На железных дорогах России, как правило, используется кодовый ток частотой 50 и 25 Гц, в первом случае источником служит кодовый трансформатор, во втором – преобразователь частоты 50/25. Источник кодового тока подбирается по мощности по результатам расчета режима работы системы АЛС. Как правило, применяются путевые трансформаторы типа ПОБС, ПРТ, ПТ25, РТЭ, ПТМ. В буквенном обозначении трансформатора зашифрованы его основные параметры, например: ПОБС-2АУЗ – путевой, однофазный, броневой, сухой, 2 – порядковый номер типа, А – видоизменение, У – климатическое исполнение, З – категория размещения; или ПРТ-25 – путевой, релейный, трансформатор, 25 – частота, Гц. В качестве преобразователей частоты благодаря своим рабочим характеристикам получили широкое распространение статические однофазные электромагнитные преобразователи частоты типа ПЧ50/25. Выпускаются преобразователи ПЧ50/25-40, ПЧ50/25-100, ПЧ50/25-150, ПЧ50/25-300 (рис. 4.1), где число после дефиса означает номинальную мощность в вольт-амперах (В∙А). Преобразователь ПЧ50/25 состоит из конструктивно не связанных блоков: преобразовательного БП и конденсаторного БК.

Рис. 4.1. Схема электрическая преобразователя ПЧ50/25-300

В качестве формирователя кодовой последовательности широкое применение получил кодовый путевой трансмиттер КПТШ (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Конструкция кодового путевого трансмиттера КПТШ (вид сбоку)

Трансмиттер КПТШ (рис. 4.3, а) состоит из однофазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, редуктора, состоящего из червяка 2 и шестерни 3, трех кулачковых шайб 4 – 6 и контактной системы. Двигатель 1 через редуктор приводит во вращение кодовые кулачковые шайбы 4 – 6, отличающиеся одна от другой количеством выступов. По поверхности этих шайб катаются ролики, укрепленные на нижних контактных пружинах. Кулачковая шайба 4 за один оборот создает три замыкания контактов, вырабатывая числовой код, состоящий из трех импульсов и трех интервалов в цикле, который называется кодом З (зеленого огня). Кулачковая шайба 5 за один оборот замыкает контакты два раза, вырабатывая числовой код, состоящий из двух импульсов и двух интервалов в цикле, который называется кодом Ж (желтого огня). Кулачковая шайба 6 за один кодовый цикл (пол-оборота шайбы) вырабатывает числовой код, состоящий из одного импульса и одного интервала, который называется кодом КЖ (красно-желтого огня).

Рис. 4.3. Схема кинематическая трансмиттера КПТШ – (а)

и графики кодовых сигналов – (б).

Графики кодовых сигналов, вырабатываемых трансмиттером типа КПТ-5, показаны на рис. рис. 4.3, б. Трансмиттеры имеют штепсельное (разъемное) соединение со съемной колодкой.

Технические характеристики контактных групп КПТШ позволяют коммутировать ток не более 55 мА при напряжении 110 В, что составляет мощность ≈ 6 В∙А, поэтому кодовый ток в РЦ коммутируется контактами специальных трансмиттерных реле, среди которых наибольшее распространение получило реле (ячейка) ТШ, которое размещают в кожухах от штепсельных реле типа НШ. Реле ТШ имеет дополнительную схемную защиту усиленных контактов от разрушения, и поэтому более надежно в эксплуатации. Усиленные контакты реле ТШ могут коммутировать ток до 3 А. Для действия схемной защиты внутри кожуха этих реле помещено вспомогательное искрогасящее реле (И).

В настоящее время контактные приборы заменяют на более надежные бесконтактные полупроводниковые приборы (например, КПТШ заменяют БКПТ, а ТШ – БКТ).

Если кодовый ток не является основным током рельсовой цепи, то применяются устройства сопряжения: конденсаторы, RC-цепочки, реакторы, трансформаторы, электрические фильтры для исключения взаимного влияния аппаратуры кодирования и РЦ.

4.2. Порядок выполнения работы

1) Изучить конструкцию приборов ПЧ 50/25, КПТШ, БКПТ, ТШ, БКТ.

2) Снять осциллограммы кодов, формируемых трансмиттером КПТШ при различных значениях напряжения питания.

3) Снять осциллограммы тока коммутируемого реле ТШ и БКТ.

4.3. Содержание отчета

1) Схема, поясняющая принцип работы трансмиттера КПТШ.

2) Осциллограммы, снятые во время выполнения лабораторной работы, с пояснениями.

3) Ответы на контрольные вопросы.

4.4. Контрольные вопросы

1) Как временные характеристики кодов, формируемых трансмиттером КПТШ, зависят от напряжения питания?

2) Почему нельзя коды РЦ коммутировать контактами трансмиттера КПТШ?

3) В чем заключаются преимущества трансмиттера БКПТ по сравнению с КПТШ?

4) В чем заключаются преимущества реле БКТ по сравнению с ТШ?

5) В какой системе АБ не нужны устройства сопряжения кодового тока и тока РЦ?

Лабораторная работа 5.

УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И ЗАЩИТЫ
СИГНАЛЬНОЙ ТОЧКИ

Ц е л ь р а б о т ы: уяснить назначение и принцип действия устройств электропитания и защиты сигнальной точки.

5.1. Основные сведения

На железнодорожном транспорте устройства автоматической блокировки, диспетчерской и электрической централизации, механизированных сортировочных горок и станционных устройств СЦБ при полуавтоматической блокировке относятся к потребителям электроэнергии I категории. Система электроснабжения автоблокировки должна обеспечивать на шинах вводных панелей перегонных устройств автоблокировки номинальное напряжение 220 В, при этом отклонение напряжения допускается ±10 %. Релейная защита и автоматика питающих пунктов высоковольтных линий СЦБ (ВЛ СЦБ) должна обеспечивать восстановление напряжения на линии в течение не более 1,3 с после возникновения короткого замыкания.

Электропитание устройств автоблокировки осуществляется от ВЛ СЦБ, сооружаемых вдоль путей. Высоковольтные линии выполняются трехфазными, трехпроводными с изолированной нейтралью напряжением 6 или 10 кВ. Для ВЛ СЦБ характерны малые токи нагрузки. Провода ВЛ располагают на деревянных или железобетонных опорах с применением деревянных траверс со штыревыми изоляторами (рис. 5.1). Расстояние между высоковольтными проводами должно быть не менее 0,75 м, высота подводов над землей (6 – 7,5 м) устанавливается правилами устройства электропитания (ПУЭ). Через каждые 3,2 км выполняется транспозиция проводов для снижения влияния ВЛ СЦБ на воздушные линии связи.

Выбор напряжения 6 или 10 кВ ВЛ СЦБ определяется мощностью, которую необходимо передать по линии, расстоянием между пунктами питания,
напряжением на шинах распределительных устройств подстанций и напряжением линий автоблокировки на смежных участках дороги.

На участках с электротягой ВЛ СЦБ питается от тяговых подстанций, а на неэлектрифицированных участках – от всех имеющихся на участках источников энергии. Электроэнергия от ВЛ СЦБ сигнальным устройствам автоблокировки передается через понижающие линейные однофазные трансформаторы, например ОМ (однофазный, масляный) или ОЛС (однофазный с литой изоляцией обмоток), устанавливаемые у сигнальных точек на опорах, называемых силовыми. Для уменьшения влияния на идущие вдоль дороги линии связи трансформаторы включают в разные фазы попеременно для равномерной загрузки. Расстояние между сигнальными точками по перегону определяются длиной блок-участков данной железной дороги.

Рис. 5.1. Схема расположения проводов и оборудования ВЛ СЦБ и

ЛЭП 6 (10) кВ на электрифицированном участке:

1 – линейный трансформатор ОМ; 2 – резервный трансформатор ОМ;

3 – кабельный ящик; 4 – релейный шкаф

На участках с электрической тягой постоянного тока сигнальные устройства получают электроэнергию от высоковольтных линий с частотой тока 50 Гц; рельсовые цепи питаются переменным током при этой же частоте или частоте, отличной от промышленной. На участках с электротягой переменного тока сигнальные точки получают электроэнергию от высоковольтных линий при частоте 50 Гц; рельсовые цепи питаются переменным током при частоте 25 Гц (при этом статические преобразователи частоты ПЧ 50/25 входят в аппаратуру сигнальных точек).

Каждая сигнальная точка обеспечивается, как правило, основным и резервным питанием через отдельные линейные трансформаторы с помощью реле автоматического переключения питания с одного трансформатора на другой. Высоковольтные линии ВЛ СЦБ 6 и 10 кВ делятся на отдельные участки – плечи питания, каждое из которых обеспечивается электроэнергией от своего пункта питания. Кроме того, ВЛ СЦБ на всем протяжении секционируют так, чтобы имелась возможность производства ремонтных работ на линии. Длину плеча питания выбирают как можно короче, и при системе переменного тока она, как правило, не превышает 50 км.

Независимо от схемы электроснабжения потеря напряжения в конце линии между двумя смежными пунктами питания ВЛ СЦБ не должна превышать 10 %.

ВЛ СЦБ напряжением 6 и 10 кВ, подвешенные на одних опорах с сигнальными проводами, должны получать энергию от шин пунктов питания через изолирующие трансформаторы и не иметь гальванической связи с другими линиями, в том числе и с линиями продольного электроснабжения, подвешиваемыми иногда на опорах ВЛ СЦБ, поэтому на тяговых и трансформаторных подстанциях питание таких ВЛ СЦБ осуществляется через повышающие трансформаторы от шин собственных нужд 380/220 В или от шин 6 (10) кВ через два последовательно включенных трансформатора: понижающий 6/0,4 (10/0,4) и повышающий 0,4/6 (0,4/10).

Защита от перенапряжения обеспечивается разрядниками.

Для резервного питания устройств автоблокировки на участках постоянного тока используют высоковольтные линии 6 (10) кВ или линию продольного электроснабжения 6 (10) кВ, подвешиваемую на опорах контактной сети.

У каждой сигнальной точки устанавливают специальную опору, на которой монтируют комплектную трансформаторную подстанцию, в которой находится линейный трансформатор ОМ со всей коммутационной и защитной аппаратурой. Напряжение с вторичной обмотки трансформатора ОМ подается кабелем в релейный шкаф сигнальной точки через контакты аварийного реле А. Нормально устройства автоблокировки питаются через контакты этого реле от основного линейного трансформатора ВЛ СЦБ. При отключении напряжения в этой линии устройства автоблокировки питаются от резервного трансформатора ЛЭП. На участках с электротягой переменного тока и рельсовыми цепями 25 Гц резервное питание осуществляется от проводов системы ДПР 27,5 кВ или ЛЭП продольного электроснабжения 35 кВ, в этом случае сигнальные точки получают резервное питание от комплектных однофазных трансформаторных подстанций (КТП) через заземляемый однофазный масляный трансформатор напряжения (ЗНОМ).

Применяют также схемы взаимного или последовательного резервирования по низковольтным проводам. В первом случае две смежные сигнальные точки объединяют двухпроводной низковольтной линией, таким образом они взаимно резервируют друг друга. Схема последовательного резервирования предусматривает питание каждой следующей сигнальной точки предыдущей. При этой схеме вдоль всей ВЛ СЦБ между силовыми опорами с трансформаторами ОМ подвешивают низковольтную линию.

Иногда питание сигнальных точек резервируется линией 380/220 В, напряжение в которую поступает от трансформатора ОМ, установленного на станции. Длина такой линии определяется ее нагрузкой и площадью сечения проводов. Электропитание на перегоне одиночных и спаренных сигнальных установок автоблокировки предусматривается от самостоятельных линейных трансформаторов ОМ, подключение к которым других нагрузок, кроме нагрузок СЦБ, запрещается.

Перегонные устройства автоматики и телемеханики ввиду своего места расположения подвержены воздействию грозовых разрядов в большей степени, чем станционные устройства. В качестве устройств защиты сигнальной точки по электропитанию применяются предохранители (вставки плавкие) и разрядники. Схема электропитания устройств сигнальной установки приведена в приложении.

Токовая защита вводов основного и резервного питания обеспечивается в кабельных ящиках автоматическими выключателями АВМ-1. При напряжении 220 В и мощности трансформатора ОМ 0,66 кВт устанавливаются АВМ-1 номиналом 3 А, а при мощности 1,2 кВт – номиналом 5 А. Пробивной предохранитель ПП-2 трансформатора ОМ включают в провод ПХ, выключатель АВМ-1 – в провод ОХ. В кабельных ящиках основного и резервного питания между питающими проводами ПХ, ОХ после АВМ включается ограничитель перенапряжения УЗП1-500 (ОПН 0,4/0,26/10/500). Принцип защиты КТП с трансформаторами ОМ при раздельных заземлителях (см. приложение) заключается в динамическом объединении высоковольтного и низковольтного заземлителей благодаря срабатыванию разрядника РКН-600 (U_пб = 500 – 800 В) в момент грозового разряда. При этом исключается протекание значительной части тока молнии по вторичным цепям питания сигнальных установок АБ. Для исключения срабатывания пробивного предохранителя ПП-2 в провод ПХ должен быть включен второй разрядник РКН-600, имеющий меньшее, чем ПП-2, напряжение пробоя. Для питания сигнальных установок автоблокировки (от кабельного ящика до релейного шкафа) необходимо применять кабель с парной скруткой жил. Схема электропитания сигнальной установки (см. приложение) также предназначена для защиты аппаратуры сигнальной установки от продольного, поперечного и коммутационного перенапряжения. Дополнительно для защиты от перенапряжения, проникающего в полупроводниковые приборы с рельсов в момент переключения контактов реле А (при переключении с основного электропитания на резервное и наоборот), на сигнальной установке в силовую цепь напряжением 220 В установлен дополнительный выравниватель типа ВОЦН-220 (выравниватель оксидно-цинковый нелинейный), который подключается к зажимам первичной обмотки путевого трансформатора типа ПОБС или сигнального трансформатора типа СОБС. Вместо выравнивателей ВОЦН-220 в схеме могут применяться разрядники РВНШ-250.

5.2. Порядок выполнения работы

1) Изучить конструкцию устройств электропитания сигнальной точки.

2) Изучить конструкцию устройств защиты сигнальной точки.

3) Рассчитать максимальную мощность, которую могут потреблять устройства сигнальной точки.

4) Провести испытания устройств защиты сигнальной точки, путем измерения напряжения пробоя разрядников.

5.3. Содержание отчета

1) Схема электропитания сигнальной точки.

2) Расчет мощности, потребляемой устройствами сигнальной точки.

3) Результаты испытаний разрядников.

4) Ответы на контрольные вопросы.

5.4. Контрольные вопросы

1) В чем заключается отличие разрядника РВНШ-250 от выравнивателя ВОЦН-220?

2) Что является источником постоянного тока на сигнальной точке?

3) Для чего предназначены разрядники РКН-600 в схеме электропитания сигнальной установки?

4) Для чего предназначено реле А1?

5) Для чего в провод ПХ в кабельном ящике включен автоматический
выключатель АВМ-1?

Лабораторная работа 6

НАПОЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ

Ц е л ь р а б о т ы: уяснить назначение системы автоматического управления торможением поездов и принцип передачи информации на локомотив; изучить состав, расположение и условия содержания напольных устройств.

6.1. Основные сведения

Существующая система автоматической локомотивной сигнализации (АЛСН) не может предотвратить опасные последствия, связанные с потерей машинистом восприятия запрещающих сигнальных огней (рефлекторные или бессознательные нажатия рукоятки бдительности и т. п.), поздним применением тормозов, неправильной оценкой расстояния до впередистоящего светофора и неверным выбором режима движения. Сложная зависимость тормозного пути от многих факторов, дискретный характер нормативных скоростей, ограничение скорости поезда V_ж = V_кж, что меньше установочной V_у, а также ответственность за проезд светофора с красным огнем приводят к тому, что машинисты снижают скорость слишком рано (рис. 6.1, кривая 1), в то время как по условиям безопасности можно было бы еще некоторое время следовать с более высокой скоростью (рис. 6.1, кривая 2). Оптимальное вождение поезда при условии учета длины блок-участков, профиля пути, маршрута следования по станции, длины участков с ограничением скорости позволяет система автоматического управления торможением.

Рис. 6.1. Скоростные режимы ведения поезда

Устройства САУТ подразделяются на путевые и локомотивные. К путевым относятся путевые шлейфы и генераторы сигнальных частот. Путевой шлейф представляет собой отрезок рельса, к которому генератор подключается с помощью сети, состоящей из кабеля, кабельных муфт и соединительных перемычек (рис. 6.2). Конструктивно генераторы выполняются в нескольких вариантах. Существуют генераторы штепсельные (ГПШ), корпус у которых аналогичен реле ДСШ, и нештепсельные (ГПН), корпус у которых аналогичен ячейке ДЯ-3Б (см. лабораторный образец). Штепсельные генераторы устанавливаются только в релейных шкафах, а нештепсельные могут устанавливаться, еще и в трансформаторных ящиках. Генераторы выпускаются на одну и две сигнальные частоты и имеют встроенную диагностику с передачей неисправности путевой точки на пульт ДСП.

Рис.6.2. Схема расположения напольных устройств САУТ

Локомотивные устройства в общем виде содержат приемную антенну, две бортовые микроЭВМ, пульт управления и пульт индикации. Приемная антенна представляет собой ферритовый стержень марки М700-НМ-7П размером 25 × 14 × 200 мм с намотанной на нем катушкой индуктивности, качественно аналогична антенне радиоприемника средне- и длинноволнового диапазона и устанавливается на кронштейне правой по ходу движения локомотива приемной катушки АЛСН. Во время движения бортовые микроЭВМ непрерывно производят расчет требуемой скорости следования состава на основе информации, поступающей от напольных устройств САУТ и АЛСН, сравнивают ее с фактической и в случае необходимости включают или отключают режим тяги с переходом на служебное (экстренное) торможение, не допуская проезда светофоров с запрещающим показанием.

В первой отечественной системе информация о режимах ведения поезда поступала на локомотив от путевых устройств, расположенных у каждого проходного светофора. В настоящее время эксплуатируется более совершенная система САУТ-Ц с размещением путевых устройств на промежуточных станциях. В этой системе различают непрограммируемые и программируемые генераторы частоты (см. мнемосхему лабораторного стенда). В качестве непрограммируемых применяются двухчастотные генераторы, которые устанавливаются у предвходных (19,6 и 27, кГц), входных (31 и 27, кГц) и маршрутных (19,6 и 27, кГц) светофоров. Такие генераторы подключаются к нескольким шлейфам строго определенной длины и передают информацию о протяженности блок-участка (приемоотправочного пути), его уклоне, маршруте следования и ограничении скорости. Программируемые генераторы устанавливаются на выходе со станции. При автоматической блокировке применяются одночастотные (19,6 кГц) генераторы, они подключаются к одиночному шлейфу и передают в закодированном виде номер перегона и расстояние от места установки генератора до первого проходного светофора. В соответствии с воспринятым кодом из памяти бортовой ЭВМ машинисту поступают сведения о длине каждого блок-участка перегона, об установленных ограничениях скорости и местах проявления повышенной бдительности (с помощью синтезатора речи). При полуавтоматической блокировке на выходной точке применяют двухчастотный генератор (27 и 31, кГц).

Рассмотрим в общем виде схему подключения шлейфов и смысл передаваемой ими информации на примере рис. 6.3, где образовано три шлейфа: длиной ℓ_i с подключением в точках a, b; длиной ℓ_шл1 с подключением в точках a, d и длиной ℓ_шл2 с подключением в точках b, c. Эти шлейфы выражают определенные физические величины: ℓ_i – спрямленный уклон блок-участка; ℓ_шл1 – длину блок-участка; ℓ_шл2 – ограничение скорости по блок-участку.

Рис. 6.3. Схема подключения шлейфов в общем виде

Длина шлейфов (точки их подключения) определяются по формулам, м:

ℓi = 0,36 (iс + 16);	(6.1)
ℓшл1 = (Lбу – 50)/65;	(6.2)
ℓшл2 = 0,0728 (Vогр + 5);	(6.3)

где 0,36; 16; 65; 0,0728 – коэффициенты, определяющие масштаб преобразования конкретной физической величины в длину шлейфа;

i_с – спрямленный уклон блок-участка, ‰;

L_бу – фактическая длина блок-участка, м;

50 – расстояние от точки прицельного торможения (остановки локомотива) до впередистоящего светофора, м;

V_огр – максимальная скорость, допускаемая на блок-участке, км/ч;

5 – запас по скорости, определяемый погрешностью локомотивного скоростемера, км/ч.

Выражения (6.1) – (6.3) являются основными для определения длины шлейфов, однако существуют исключения, например: на входных светофорах зачастую применяются шлейфы, переключаемые с помощью контактов сигнальных реле устройств ЭЦ. Это объясняется тем, что в маршрутах приема на различные пути (главный или боковые) значения длины путевых участков и ограничения по скорости могут не совпадать (см. мнемосхему лабораторного стенда, где контакты ПЧЗС, ЧГШ и ЧБШ принадлежат повторителям сигнальных реле входного светофора Ч: зеленого огня, приема на главный путь и приема на боковой путь). С целью выполнения безопасности движения обесточенное состояние сигнального реле соответствует меньшей длине из подключаемых шлейфов, а значит, – меньшей длине путей приема и меньшей скорости следования. Длина шлейфа на выходе со станции определяется по формуле (6.2), учитывающей только расстояние до первого проходного светофора, поскольку для передачи номера перегона значение имеет формат кодовой посылки, а не длина шлейфа.

Рассмотрим факторы, влияющие на точность передачи информации с путевых устройств на локомотив. Переменный ток, протекающий по отрезку рельса, создает вокруг него электромагнитное поле, воспринимаемое локомотивной антенной. Напряженность электромагнитного поля в точках приема зависит от значения переменного тока и геометрических параметров путевого шлейфа, а наведенная в катушке антенны ЭДС практически будет отображать характер распределения этой напряженности в зоне напольных устройств. Графики распределения напряженности электромагнитного поля вдоль рельса
H_р = f(ℓ), создаваемой только током, протекающим по рельсу; напряженности в точках подсоединения к рельсу перемычек H_п = f(ℓ), создаваемой только током, протекающим по перемычкам, и суммарной напряженности ∑H = f(ℓ) показаны на рис. 6.4 в упрощенном виде (для наглядности).

Срабатывание приемных устройств локомотивной аппаратуры происходит при уровне сигнала 0,5H_max, где H_max – напряженность электромагнитного поля, соответствующая току в путевом шлейфе 0,5 А. Отсюда изменение тока, протекающего по рельсу, влияет на значение H_max и на крутизну нарастания (спада) напряженности электромагнитного поля. Точка отсечки 0,5H_max будет смещаться (рис.6.4, а пунктирная линия) и, следовательно, будет неверно передавать информацию о длине шлейфа. Ложное увеличение длины шлейфа ℓ_шл эквивалентно удлинению блок-участка, что создает угрозу проезда запрещающего сигнала. Ложное уменьшение ℓ_шл эквивалентно уменьшению длины блок-участка, что может привести к более ранней остановке поезда перед светофором с красным огнем, поэтому запрещается в процессе эксплуатации держать ток в шлейфе за пределами диапазона 0,4 – 0,6 А.

Рис. 6.4. Графики распределения напряженности электромагнитного поля в зоне напольных устройств САУТ: H_р = f(ℓ) (а); H_п = f(ℓ) (б); ∑H = f(ℓ) (в)

Угол отвода соединительных перемычек от муфт к рельсу также влияет на точность передаваемой информации. Только при строго перпендикулярном отводе перемычек напряженность электромагнитного поля в точке подсоединения перемычки к рельсу равна нулю (H_п = 0). Изгибы и наклоны перемычки приводят к перемещению положения нулевой напряженности (H_п = 0) вдоль рельса (рис.6.4, б пунктирная линия), следовательно, к искажению передаваемой информации. Перпендикулярность расположения перемычек относительно рельса обеспечивается техническим обслуживанием САУТ. Чтобы исключить влияние кабельной трассы на распределение напряженности электромагнитного поля вдоль рельса, кабель должен укладываться на расстоянии не менее 1500 мм от головки рельса.

На качество воспринимаемой информации существенное влияние оказывает пространственное расположение локомотивной антенны (рис. 6.5). Если локомотивную антенну закрепить вертикально, то в ней будет наводиться ЭДС только от электромагнитного поля H_п, имеющего нулевые точки; в этом случае полезная информация будет сниматься в виде коротких импульсов, не обеспечивающих надежную работу локомотивных устройств. Если локомотивную антенну расположить горизонтально, то в ней будет наводиться ЭДС только от поля H_р, имеющего малую скорость увеличения фронта импульса и его спада; в связи с этим точность срабатывания локомотивной аппаратуры невелика, особенно при колебании кузова локомотива при движении.

Рис. 6.5. Схема пространственного расположения антенны

Суммирование сигналов H_п и H_р и использование результирующей формы ЭДС позволяют избежать недостатков, названных выше. Для этого необходимо устанавливать антенну под некоторым углом β. Геометрические характеристики установки антенны (высота h, расстояние от головки рельса ℓ_а, угол наклона β) задаются рабочими чертежами на оборудование локомотива и строго выдерживаются при монтаже.

Положительный опыт эксплуатации аппаратуры САУТ-Ц с хранением параметров перегонов в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) бортовых микроЭВМ показал целесообразность использования ПЗУ также и для хранения путевых параметров станций. Эта идея нашла свое воплощение в разработке САУТ-ЦМ, в которой программируемые генераторы устанавливаются не только на выходе, но и на входе станции. Генераторы, устанавливаемые у предвходных, входных и маршрутных светофоров, передают на локомотив информацию о протяженности впереди расположенного путевого участка методом запитки током отрезка рельса пропорциональной длины, а номер перегона, категорию пути приема, ограничение скорости – кодированием передаваемого сигнала. Это позволяет по сравнению с САУТ-Ц сократить количество кабельных муфт, перемычек и эксплуатационные расходы по содержанию напольных устройств.

6.2. Порядок выполнения работы

1) Изучить виды и принципы передачи информации на локомотив в устройствах САУТ-Ц и САУТ-ЦМ.

2) Ознакомиться с конструкцией путевого генератора.

3) Включить электропитание лабораторного стенда. Определить точки подключения активных шлейфов САУТ-Ц и вид передаваемой ими информации на предвходном и входном светофорах четного направления, руководствуясь световой индикацией на мнемосхемах генераторов сигнальных частот, для следующих позиций:

а) входной светофор закрыт;

б) входной светофор открыт для приема поезда на главный путь;

в) входной светофор открыт на боковой путь.

4) Повторить испытания (см. п. 3) для устройств САУТ-ЦМ нечетного направления.

5) По индивидуальным исходным условиям, заданным преподавателем, рассчитать длину путевого шлейфа по формулам (6.1) – (6.3).

6.3. Содержание отчета

1) Назначение и состав устройств САУТ-Ц и САУТ-ЦМ.

2) Результаты выполненных испытаний (п. 3, 4 подразд. 6.2).

3) Результаты расчета длины путевого шлейфа (п. 5 подразд. 6.2).

4) Ответы на контрольные вопросы.

6.4. Контрольные вопросы

1) Что послужило причиной разработки устройств САУТ?

2) Как конструктивно оформляются генераторы сигнальных частот?

3) Как контролируется состояние путевых устройств САУТ?

4) В чем заключаются требования по содержанию путевых и локомотивных устройств САУТ?

5) Каковы преимущества системы САУТ-ЦМ по сравнению с САУТ-Ц?

Лабораторная работа 7

ОГРАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПЕРЕЕЗДАХ

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с назначением, видами и расстановкой ограждающих устройств на железнодорожных переездах; изучить конструкцию автошлагбаума и устройств заграждения типа УЗП.

7.1. Основные сведения

К ограждающим устройствам на переездах относятся заградительные светофоры, запрещающие движение поезду при возникновении аварийной ситуации на переезде (вынужденная остановка автомашины, развал груза и т. п.), и средства, запрещающие въезд на железнодорожное полотно автотранспорту при появлении поезда. К последним относятся автоматическая светофорная сигнализация без шлагбаумов, светофорная сигнализация с автоматическими или полуавтоматическими шлагбаумами, а также устройства заграждения переездов (УЗП).

Тип ограждающих устройств на переезде выбирается в зависимости от его категории, определяемой интенсивностью движения. Наиболее общая схема размещения ограждающих устройств на переезде представлена на рис 7.1, на этой схеме переезд оборудован автоматическими шлагбаумами А и Б со светофорной сигнализацией, механизмами УЗП (УЗ1 – УЗ4) с приборами контроля КЗ1 – КЗ4 и заградительными светофорами З1, З2. Дежурный по переезду располагается в служебном здании (посту) ПП, в распоряжении дежурного имеется щиток автономного управления ограждающими устройствами. Аппаратура автоматики размещается в релейных шкафах РШП и РШРТ, а аккумуляторы – в батарейном шкафу БШ. Работа переездных устройств по известительным цепям увязана с сигнальными точками трехзначной автоблокировки 6, 7.

Заградительные светофоры (З1, З2) располагаются на расстоянии не менее 15 и не более 100 м от кромки переезда, нормально эти светофоры погашены и включаются на красный огонь дежурным по переезду в аварийной ситуации. На участках с автоблокировкой, кроме того, предусматриваются одновременное перекрытие ближайших к переезду проходных светофоров 6, 7, и срыв кодирования РЦ. На станциях в качестве заградительных допускается использовать светофоры, расположенные на расстоянии не более 800 м от переезда.

Места установки светофоров автоматической переездной сигнализации без автошлагбаумов с двумя головками красных огней определяются видимостью их с автомобильной дороги с таким расчетом, чтобы движущееся с максимальной скоростью транспортное средство могло остановиться за 5 м до переезда (ℓ_о). Огни переездных светофоров должны быть четко различимы на расстоянии не менее 50 м, а с транспортного средства поезд должен наблюдаться с расстояния не менее 100 м при скорости его движения до 25 км/ч и 500 м при скорости 121 – 140 км/ч. При отсутствии поезда красные огни переездных светофоров погашены и автотранспорту разрешается проезд через железнодорожное полотно. Для придания уверенности водителям в исправности средств сигнализации светофоры могут дополняться лунно-белым мигающим огнем. При подходе поезда к переезду звонит звонок, размещенный на мачте светофора, выключается лунно-белый огонь и включаются попеременно мигающие красные огни, запрещающие проезд переезда.

Рис. 7.1. Схема размещения ограждающих устройств на переезде

В случае оборудования переезда автошлагбаумом на его мачте крепятся две красные светофорные головки и звонок, движение автотранспорту преграждает брус, который в вертикальной плоскости перемещается электроприводом. Шлагбаум устанавливается на расстоянии не менее 6 м от ближнего рельса (ℓ_шл). Брус должен перекрывать от 1/2 до 2/3 ширины проезжей части дороги, оставляя с левой стороны свободными не менее 3 м.

При отсутствии поезда брус автошлагбаума находится в вертикальном положении и автотранспорту разрешается движение через переезд. При появлении поезда на участке приближения включается звонковая сигнализация и светофорная в виде мигающих красных ламп, а затем с выдержкой времени примерно 13 с опускается брус автошлагбаума. Такой порядок работы устройств обеспечивает возможность ухода из-под бруса автотранспортного средства, оказавшегося там до включения переездного светофора.

В настоящее время на сети железных дорог широко применяются шлагбаумы нового поколения с электроприводом переменного тока типа ПАШ-1, по сравнению с предыдущими разработками они имеют ряд преимуществ: заградительный брус опускается под собственным весом и его конструкция допускает поворот в горизонтальной плоскости на 90° вдоль направления движения автотранспорта, что исключает поломку шлагбаума при проезде машиной заграждения; существенно снижены габариты и масса электропривода; почти в два раза уменьшается количество аккумуляторов.

Электропривод шлагбаума включает в себя (рис. 7.2) асинхронный электродвигатель 1 типа АИР-56, работающий от однофазной сети с конденсаторным запуском; двухступенчатый редуктор 2, 3, 4; электромагнитную муфту 5, 6, 7; главный вал 8; фланцы 9, 10; гидрогаситель 11; контрольную систему на базе микропереключателей общепромышленного назначения 12, 13 и клеммные колодки 14. Все механизмы электропривода заключены в корпус 15 и закрыты крышкой 16. В днище корпуса предусмотрены кабельные вводы 17, 18. Заградительный брус шлагбаума монтируется консольно на вилкобразной раме через механизм горизонтального поворота. Сама рама закрепляется с двух сторон во фланцах главного вала.

Подъем заградительного бруса в вертикальное положение осуществляется следующим образом. После включения напряжения на зажимы электродвигателя вращение его вала через червячную передачу 2 закрытой ступени редуктора поступает на зубчатый цилиндр 3 и зубчатый венец колеса 4 открытой ступени редуктора. Поскольку колесо 4 насажено на ступицу 5 свободно (с зазором), то для вращения главного вала необходимо обеспечить между ними жесткую связь, ее создает электромагнитная муфта, состоящая из катушки 6, магнитопровода (ступицы) 5 и дискообразного якоря 7. Так как одновременно с запуском электродвигателя электрическим током запитывается катушка, то вокруг нее образуется магнитное поле. Якорь 7 притягивается, обеспечивая передачу вращения от колеса на ступицу и далее – на главный вал. Для усиления сцепления с якорем зубчатый венец колеса имеет пальцы. Занятие брусом вертикального положения фиксируется микропереключателем 12, и электродвигатель выключается.

Рис. 7.2. Кинематическая схема электропривода ПАШ-1

Для приведения бруса в заграждающее (горизонтальное) положение снимается электропитание с катушки электромагнитной муфты, удержание бруса прекращается, и он начинает опускаться с ускорением свободного падения. При этом увеличивается угловая скорость бруса и его кинетическая энергия, которую необходимо погасить, чтобы не повредить брус в конце перевода. Защита бруса осуществляется с помощью гидрогасителя клапанного типа, шток которого связан с главным валом. Принцип работы этого гидрогасителя заключается в перемещении поршнем жидкости из одной полости цилиндра в другую. Жидкость перетекает через специальные щели, размер которых и, следовательно, сопротивление перемещению бруса (вверх или вниз) регулируется специальным клапаном в зависимости от направления движения. Занятие брусом горизонтального положения фиксируется микропереключателем 13.

Железнодорожные переезды являются объектами повышенной опасности, требующими от участников движения строгого выполнения предписанных правил, однако, имеются многочисленные случаи проезда водителями машин заградительного бруса автошлагбаумов. С целью усиления безопасности движения и недопущения выезда автотранспортного средства на железнодорожное полотно переезды в последнее время стали дополняться комплексом УЗП, в состав которого входят (см. рис. 7.1) заградительные устройства (УЗ) в количестве четырех изделий и система контроля свободности зон УЗ от автотранспорта (КЗ). Основным элементом устройства УЗ является крышка, устанавливаемая горизонтально в полотно автодороги и управляемая обычным стрелочным электроприводом. Система КЗ построена на основе ультразвуковых датчиков.

При появлении поезда на участке приближения к переезду обычным порядком работает звонковая и светофорная сигнализация, опускаются брусья шлагбаумов, а через 3 с включаются электроприводы УЗ. При условии свободности контролируемых зон от транспортного средства крышки УЗ занимают заграждающее положение (приподнятым ребром в сторону автодороги). Контактами автопереключателя приводов снимается напряжение с электродвигателей. В случае работы электродвигателя на фрикцию (крышка УЗ не может быть поднята или опущена из-за наличия препятствия) предусматривается автоматическое его выключение с выдержкой времени 6 – 8 с. Если автотранспортное средство застигнуто на переезде в момент поднятия крышек УЗ, то механизм позволяет крышке при наезде на нее опуститься вниз, а при освобождении вновь занять заграждающее положение.

После проследования поездом переезда приводы УЗ включаются на опускание крышек. После опускания крышек с электродвигателей снимается напряжение контактами автопереключателей приводов, поднимаются брусья автошлагбаумов и выключается звонковая и светофорная сигнализация.

Устройства ограждения переездов должны своевременно включаться в работу и выключаться, как только последние скаты поезда освободят переезд. Невыполнение первого условия ставит под угрозу безопасность движения поездов, а второго – ведет к неоправданным задержкам автотранспорта. Существует несколько способов передачи информации о приближении поездов к переездам. Наиболее широкое распространение получила линейная цепь с известительным реле, фиксирующим вступление поезда на участок приближения. Длина такого участка рассчитывается по формуле, м:

Lр = 0,28Vп·tр.и,

(7.1)

где 0,28 – коэффициент перевода километров в час (км/ч) в метры в секунду (м/с);

V_п – максимальная скорость движения поезда к переезду, км/ч;

t_р.и – расчетное время извещения, с,

tр.и = tат + tпр + tг = (ℓат + ℓо + ℓп)/Vат + tпр + tг,

(7.2)

где t_ат – время, необходимое для того, чтобы автотранспортное средство длиной ℓ_ат, равной 24 м, находящееся перед переездным светофором на расстоянии ℓ_о, равным 5 м, проследовало по переезду на его другую сторону за 2,5 м от крайнего рельса со скоростью V_ат, равной 8 км/ч или 2,2 м/с (см. рис. 7.1);

t_пр – время срабатывания приборов извещения (принимается равным 4 с в случае применения на участке приближения импульсных или кодовых РЦ);

t_г – гарантированное время (запас), принимаемое равным 10 с.

После подстановки нормативных значений величин в уравнение (7.2), получим, м:

Lр = 0,28Vп(0,46ℓп + 27).

(7.3)

Найденное значение L_р сравнивается с фактическим значением длины известительной цепи L_ф, которая получается в результате применения приборов сигнальных точек автоблокировки. Чтобы обеспечить своевременное закрытие переезда при приближении поезда, необходимо выполнить соотношение:
L_ф ≥ L_р, поэтому в схеме, представленной на рис. 7.1, следует начало известительной цепи в нечетном направлении располагать в релейном шкафу сигнальной точки 7, а в четном направлении – сигнальной точки 8. Поскольку фактическое время извещения (t_ф = L_ф/0,28V_п) получается больше расчетного t_р.и, для устранения простоя автотранспорта осуществляется задержка включения переездных устройств на время равное разности времени извещения и расчетного
(t_з = t_ф – t_р.и). Для этих целей используется конденсатор, включенный параллельно обмотке известительного реле, его емкость определяется по формуле, мкФ:

C = (tз10)/(RlnU/Uот),

(7.4)

где R – сопротивление обмотки известительного реле, Ом;

U – напряжение источника питания известительной цепи, В;

U_от – напряжение отпускания якоря известительного реле, В.

Задача по выключению переездных устройств после прохода поезда, как правило, решается с помощью аппаратуры РЦ, релейные концы которых располагаются вблизи переезда, местами расположения аппаратуры релейных концов могут быть релейные шкафы сигнальных точек (5), удаленные от переезда не далее 100 м на двухпутных участках и 40 м – на однопутных. Поскольку такой вариант размещения встречается редко, то чаще всего для этих целей предусматриваются разрезные точки блок-участков (РШРТ).

7.2. Порядок выполнения работы

1) Ознакомиться с видами ограждающих устройств на железнодорожных переездах и нормами их содержания.

2) Изучить конструкцию автошлагбаума и электропривода ПАШ-1 по настоящим методическим указаниям и лабораторному образцу для этого необходимо:

а) снять крышку с электропривода, используя трехгранный ключ;

б) включить тумблер подачи на стенд постоянного напряжения, наблююать процесс срабатывания электромагнитной муфты;

в) открыть курбельную заслонку, надеть на вал электродвигателя курбельную рукоятку и, медленно вращая ее, следить за работой механизма электропривода по поднятию заградительного бруса в вертикальное положение;

г) снять напряжение постоянного тока, следить за работой механизма электропривода по опусканию заградительного бруса;

3) Уяснить алгоритм работы УЗП.

4) По индивидуальным исходным данным, заданным преподавателем, рассчитать длину известительного участка и емкость конденсатора задержки включения переездных устройств.

7.3. Содержание отчета

1) Схема размещения устройств ограждения на переезде по варианту, заданному преподавателем (светофорная сигнализация, светофорная сигнализация с автошлагбаумами, дополнительная установка УЗП).

2) Порядок работы заданных устройств при вступлении поезда на участок приближения к переезду и после его освобождения.

3) Результаты расчетов индивидуального задания.

4) Ответы на контрольные вопросы.

7.4. Контрольные вопросы

1) Как обеспечивается безопасность движения поездов в случае аварийной ситуации на переезде?

2) Какие требования предъявляются к видимости огней переездных светофоров и обозрению обстановки на переезде с автотранспортного средства?

3) В чем заключаются преимущества автошлагбаума с электроприводом переменного тока?

4) Как обеспечить пропуск автотранспорта через переезд в случае повреждения кабеля, соединяющего РШП с электроприводом?

5) Как будет работать электропривод УЗП, если его пуск состоялся при свободной зоне контроля, а затем на крышку наехало колесо машины?

Дата добавления: 2015-03-31