Транспортные системы

Всё об автомобильном, ЖД и авиатранспорте в России

Железнодорожный транспорт

Краткая историческая справка

 

 

Неотъемлемой частью многочисленных машин стало то самое колесо, которое принято считать одним из  выдающихся изобретений человечества.

Идею создать колесо подала человеку сама природа. Наблюдая за тем, как ветер гонит травяной шар "перекати поле", как бобры, свалив дерево, катят его к месту "стройки", люди стали подкладывать под полозья круглые бревна. Позже в полозьях стали делать полукруглые вырезы и вставлять в них катки. Катки оказались ближайшими предшественниками сплошного колеса на оси. Возок на таких катках катился почти как на колесах.

Благодаря колесу исчезло трение скольжения и вместо него появилось трение качения, преодолевать которое человеку стало во много раз легче. С появлением телег на колесах начали строить дороги. Древние греки  строили дороги, состоящие почти на всей своей протяженности из колеи, высеченной в камне. Так возникли первые колейные дороги.

 

 

clip_image002clip_image004 

 

В XVI веке на рудниках появились первые рельсы – гладкие деревянные брусья (рисунки 2.1–2.3), уложенные на лежни, зарытые в землю. Они и стали прообразом современных железных дорог. Телега по таким рельсам катилась легче, чем по земле, и лошадь могла везти значительно больший груз. Но деревянные рельсы были недолговечны,  их поверхность  очень  скоро  становилась  неровной.

  

 Люди   искали  замену  для  дерева  и нашли ее: на  смену  дереву  пришел  металл.

 

 

  Для предохранения поверхности брусьев от износа их покрывали железными полосами или уголками и таким образом  пришли  к  мысли  об   использовании металлических рельсов.

 clip_image006 В 1764 году гениальный русский гидротехник Козьма Дмитриевич Фролов  построил на Алтае на берегах двух рек Змеевки и  Корбалихи,   где   раскинулся   Змеиногорский рудник, первое в мире полностью механизированное предприятие по  добыче  и  обработке  руды. На этом предприятии вагонетки, груженные рудой, перемещались по первым в мире металлическим рельсам. На этом же руднике Фролов сделал первую попытку использовать для передвижения вагонеток  механическую силу. Они двигались с помощью вращаемых водой колес, лебедок и канатов.

Рельсовый путь Фролова намного опередил подобные изобретения за пределами России, в  частности  и  "первый рельсовый путь" англичан, который появился на металлургических заводах Дерби в графстве Йоркшир лишь спустя четыре года.

Успех  Фролова  не был единичным. В 1788 году на Александровском чугунолитейном заводе в Петрозаводске под руководством А. С. Ярцева была построена чугунная дорога длиной 174 м из отдельных звеньев рельсов,  отлитых   вместе  с  металлическими шпалами. На этой дороге впервые был применен цельнолитой стрелочный перевод. Рельсы этого пути были уголковые. Можно предполагать, что подобные "чугунки", так называли в то время первые рельсовые пути,  существовали в те годы и на других металлургических заводах.

По ровной поверхности чугунных рельсов повозки катились еще лучше, и теперь уже одна лошадь могла везти несколько телег. Так, задолго до изобретения паровоза появился первый железнодорожный поезд.

Развитие рельсового транспорта в России продолжалось. В 1806 году сын Фролова Петр Фролов, которого по праву называют пионером рельсового транспорта, идя по стопам отца, предложил проект постройки чугунных дорог. По его замыслу чугунные дороги должны были дополнить естественные водные пути и каналы. Проект не нашел поддержки, его автор смог лишь добиться разрешения на постройку опытной дороги протяженностью 1867 метров. И в 1810 году первая в России рельсовая дорога с конной тягой вошла в строй. Она отличалась от приспособленных к рельефу местности английских дорог тем, что была строго горизонтальной благодаря постройке моста, виадука и выемки. Чугунные рельсы, уложенные на дороге, имели выпуклую поверхность катания, а колеса вагонеток – желобовидную. Рельсы опирались на продольные деревянные брусья, а последние – на деревянные шпалы.

Состав из трех вагонеток тянула одна лошадь, перевозя за день до 65 тонн руды. Путь в оба конца занимал полтора часа. Фролов применил также поворотный круг для перемещения состава на боковые ветки. Транспортировка такого количества руды по грунтовой дороге потребовала бы 25 лошадей. Начальство с удовлетворением отметило, что на Змеиногорской дороге "Выгода к перевозке руд против обыкновенной перевозки столь очевидна, что делает честь основателю оной". Дорога превосходила все подобные сооружения, имевшиеся в то время за рубежом. Лишь спустя 17 лет подобная дорога была построена в Америке. Тем не менее, фроловские проекты больших рельсовых дорог так и не были осуществлены.

Рельсовые пути на Змеиногорском руднике и Александровском заводе, конная "чугунка" Петра Фролова были первыми прообразами железных дорог наших дней.

В то время промышленность бурно развивалась: строились фабрики, открывались новые рудники и шахты, крепло сталелитейное производство. Развивающейся промышленности уже не хватало энергии, которую давали сила падающей воды, ветер и мускулы лошади. Жизнь настоятельно требовала создания новых, более сильных двигателей, не зависящих от стихии.

Такой двигатель дал людям наш соотечественник, горный мастер Иван Ползунов, который родился в Екатеринбурге в 1728 году. После окончания заводской школы, он работал "механическим учеником".

В 1745 году семнадцатилетний Ползунов попадает на Алтай, на Колываново-Воскресенские заводы. Здесь в центре алтайской горнорудной промышленности он остро почувствовал требования производства, запросы которого вода как источник энергии уже не могла удовлетворять. И Ползунов решил "пресечь водяное руководство". Чтобы осуществить свой замысел, он задумал построить "огненную машину", которая была бы "способной по воле нашей, что будет потребно справлять".

К 1763 году Ползунов разработал проект паровой машины. Ему  понадобилось три года на то, чтобы с двумя юношами-учениками построить огромную, высотой с трехэтажный дом, машину. В 1766 году она была готова.

Подробные рабочие чертежи, сохранившиеся до наших дней, рассказывают нам об устройстве и работе первой в мире паровой машины. Для получения пара вода подогревалась в склепанном из медных листов котле. Через специальные распределительные устройства пар поступал в два трехметровых цилиндра, поршни которых были соединены с коромыслами. Эти коромысла приводили в движение меха, нагнетавшие воздух в рудоплавильные печи, а также водяные насосы, питавшие водой котел.

Так на Алтае построили машину, которой было суждено стать неотъемлемой частью железных дорог.

Прошло почти полвека, прежде чем человек поставил паровую машину на колеса и заставил ее перемещать грузы. Первые прототипы будущего паровоза появляются в начале ХIX века. В то время еще плохо были изучены законы сцепления колес с рельсами, и люди думали, что колеса самодвижущейся повозки будут скользить по гладкой поверхности рельса, вращаясь на одном и том же месте. Поэтому человек стал работать над созданием таких приспособлений, которые могли бы помочь повозке передвигаться по гладким рельсам.  

Первый паровоз для железной дороги создал англичанин Ричард Тревитик в 1803 году (рисунок 2.4). Он имел зубчатую передачу на ведущие колеса, они при вращении зацеплялись за зубья рейки, уложенной вдоль пути. Но зубья оказались плохими помощниками – часто ломались, и поэтому от них пришлось отказаться. Было много других моделей, но все они оставались маломощными, ненадежными, расходовали много пара. Однако это были важные ступени на пути замены живой силы механической.  

clip_image008б 

Рисунок 2.4 – Паровоз

Р. Тревитика

 

 

 

 


Первая зубчатая железная дорога

 

В 1804 году Тревитик построил первую зубчатую железную дорогу. Тогда все были убеждены, что для движения паровоза одного трения гладких колес о рельсы недостаточно. Чтобы придать большую надежность своей паровой машине, изобретатель для повышения сцепления колес с деревянными направляющими (прототип будущих рельсов) набил на  ободы  ко-

лес гвозди.  Другой  англичанин Бленкинсон в 1811 году построил зубчатую дорогу близ г. Лидса. Но как раз в это время инженеры убедились, что силы сцепления гладких колес вполне достаточно, чтобы обеспечить тягу поезда. Возникнув как технический курьез, зубчатая дорога все же пригодилась. В горной местности для преодоления значительных подъемов паровоз снабжался зубчатым колесом, а между рельсами укладывалась рейка, за зубья которой цеплялось колесо. Такая дорога была проложена в 1869 году на высоте 1900 метров близ местечка Монт-Вашингтон в США. По дороге курсировал один вагончик, перевозивший небольшие грузы и пассажиров.

Зубчатая дорога длиной 6858 м была построена в 1871 году в Альпах швейцарским инженером Риггенбахом. Поезд поднимался на высоту 1600 метров, доставляя туристов в горы.                        

Вслед за паровозом с зубчатыми колесами появляется паровоз с ногами, похожий на гигантского кузнечика. Вот что рассказывают об этом паровозе историки.

В один из июльских дней 1813 года жители небольшого английского городка неподалеку от Лондона были созваны на заводской двор. В глубине двора    виднелись    широкие     ворота сборочной мастерской. Когда ворота распахнулись,   собравшиеся    увидели три вагонетки, груженные углем, сзади которых стоял котел на колесах. Из котла торчала широкая труба. К днищу котла было пристроено нечто такое, чего еще никто никогда не видел, – две механические ноги, длинные, как у жирафа.

Раздался свисток. Машина громко запыхтела, гуще повалил дым из трубы, и странный механизм сзади котла зашевелился. Одна из ног переступила по направлению к выходу, уперлась в полотно рельсового пути и как бы напряглась, отталкиваясь от него. В тот же момент колеса пыхтящего котла начали медленно катиться по рельсам, и поезд из трех вагонеток тронулся с места. Не успели котел и вагонетки остановиться, как тут же поднялась вторая нога, сделала еще шаг, уперлась в полотно и толкнула котел с вагонетками дальше.

Но не суждено было этому необычному шагающему паровозу благополучно закончить свой путь. Спустя несколько минут, когда поезд уже преодолел два десятка метров, раздался взрыв – лопнул котел. За свои ноги этот паровоз получил название "шагающей машины".

Пока строили новую "шагающую машину" с более прочным котлом, было сделано очень важное открытие. Ученые на основании опытов пришли к выводу, что ни зубчатые колеса с рейками, ни ноги паровозу не нужны.

Почему же паровоз смог передвигаться по гладкой поверхности рельсов? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте посмотрим на рельс и колесо через сильный микроскоп. Мы увидим, что поверхности и рельса и колеса пилообразны. Благодаря этому они и цепляются друг за друга. Под действием силы тяжести неровности вращающихся колес паровоза упираются в неровности рельсов, стремясь оттолкнуть их назад. Так как рельсы прочно закреплены, то сдвигаются не они, а колеса паровоза. Но вернемся к паровозу.

Идея построить паровоз заинтересовала англичанина Блаккета. Однако все его попытки применить паровую тягу на шахтах оказались неудачными.

На копях в те времена работал Джордж Стефенсон. Любопытный, отзывчивый на всякое техническое новшество, он присутствовал при испытании паровозов, изучал их устройство. В неуклюжих и тяжелых машинах, передвигающихся с небольшими скоростями, его опытный и проницательный глаз практика увидел скрытую силу. Изо дня в день крепла у Стефенсона уверенность в том, что он смог бы сделать такую машину, которая будет безотказно работать вместо лошади.

Весной 1813 года один из владельцев Клингвортских копей лорд Лавенсворт получил письмо, в котором машинный мастер Стефенсон предлагал заменить лошадей "ходячими машинами". Автор письма сам брался построить их и просил лишь средств на покрытие расходов. Стефенсон получил согласие, а вместе с ним и необходимые деньги.

Спустя год, в 1814 году, паровоз был построен. Он имел четыре колеса диаметром 90 сантиметров и котел длиной 2,4 метра. Машина состояла из двух цилиндров. Движение поршней передавалось колесам при помощи зубчатой передачи. Это был первый паровоз Стефенсона, в конструкции которого он учел все просчеты своих предшественников. Его огромная заслуга состоит еще и в том, что он очень скоро понял, что совершенствовать надо не только локомотив, но и путь, и рельсы, и все остальные составные части дороги. 25 июля 1815 года паровоз испытали. По словам очевидца, он мог "тащить, помимо собственной тяжести, восемь груженых повозок, общим весом около тридцати тонн со скоростью четыре мили в час" (английская миля – 1609 м). В том же году Стефенсон создает второй паровоз, а в 1816 году – третий. Он строит не только паровозы, но и дороги. 18 ноября 1822 года при огромном стечении зрителей была открыта Геттонская железная дорога длиной 12,8 километра, построенная по его проекту.

Непреклонно веря в будущее железных дорог, Стефенсон добился сооружения первого в мире паровозостроительного завода. На этом заводе были построены три паровоза для первой в мире железной дороги общественного пользования. Она проходила между двумя английскими городами Стоктоном и Дарлингтоном. В день открытия жители близлежащих селений и городов с раннего утра огромными толпами направлялись к дороге. Там они увидели 33 вагона. Впереди вагонов стоял паровоз. По условному сигналу он тронулся в путь, увлекая за собой огромный состав. Вот как описал это событие один из помощников Стефенсона: "Сцена, имевшая место утром 27 сентября 1825 года, не поддается никакому описанию. Многие принимавшие участие в этом историческом событии всю ночь не смыкали глаз и были на ногах. Всеобщая бодрость и веселость, счастливые лица одних, изумление и испуг других разнообразили эту картину.

В назначенный час процессия тронулась. В голове поезда следовал паровоз "Движение", управляемый его создателем – Стефенсоном; за паровозом следовали шесть вагонов с углем и мукой; вслед за ними – вагон, где помещались со своими экипажами директора и владельцы дороги; затем двадцать угольных вагонов, приспособленных для пассажиров и переполненных ими, и, наконец, шесть вагонов, нагруженных углем. Впереди паровоза следовал верховой с флагом.

По обеим сторонам дороги стояла огромная толпа народа, многие бежали за поездом; другие верхом на лошадях следовали за ним по сторонам пути. Путь имел небольшой уклон к Дарлингтону и в этом месте Стефенсон решил испытать скорость  хода до пятнадцати миль (двадцать четыре километра) в час. Когда поезд прибыл в Дарлингтон, оказалось, что в вагонах было 450 пассажиров, а вес поезда составлял 90 тонн". 

Газета «Тайме», описывая это необычайно любопытное зрелище, с восторгом сообщала, что "всадники на лошадях пытались следовать за вагонами, но вскоре вынуждены были отстать".

Регулярная эксплуатация дороги началась на следующий же день.

В наши дни изобретателем паровоза справедливо считают Стефенсона. Но сам Стефенсон в свое время был несколько другого мнения. "Паровоз, –

сказал он, – изобретение не одного человека, а целого поколения инженеров-механиков". И он был прав. Усилиями многих талантливых изобретателей поставленная на колеса паровая машина приобрела дошедшие до наших дней формы паровоза, а примитивные рельсовые дороги копий и заводов превратились в пути сообщения массового пользования.

 

clip_image010 

Рисунок 2.5 – Паровоз Стефенсона "Ракета"

 

 Модель Стефенсона под названием "Ракета" (рисунок 2.5), победившая на состязаниях паровозов в 1829 году (Англия), оказалась действии ельно гениальным творением человека. На нем была экономичная паровая машина. Усилие от поршня передавалось через шатун и кривошип непосредственно на ведущее колесо (без зубчатой передачи).

 

 

Вслед за Англией небольшие участки железных дорог были  построены  во  Франции  (1832  год),  в Бельгии (1835 год), в Германии (1835 год) и др.К 1830 году относятся и первые попытки использовать паровую машину на транспорте русскими механиками Ефимом Алексеевичем Черепановым и его сыновьями Мироном и Аммосом. Мирон в 1833 году побывал в Англии и видел паровоз. Но чертежи, выполнение которых было поручено Аммосу, по-видимому, уже были готовы. Это подтверждает тот факт, что "пароходный дилижанец" был очень быстро построен, о чем извещает хозяина управляющий рудника Д. Белов: "...имеем честь уведомить: сего дня (то есть 29 июня 1834 года – 11 июля по новому стилю) пущена "пароходка" в действие, устраиваемая Мироном Черепановым..." (рисунок 2.6).

clip_image012Из письма впервые стала известна и масса паровоза – 150 пудов (2,4 тонны), что в 2 с лишним раза меньше английского. В следующем году Черепановы построили второй паровоз, а позднее – еще 11 машин.

Рисунок 2.6 – Паровоз Черепановых

 

 Однако опыт русских механиков не был учтен и поддержан путейским ведомством. И когда встал вопрос о подвижном составе для Царскосельской железной дороги, а это был уже 1837 год,

первые паровозы было решено купить за границей.

Рисунок 2.3 – Паровоз Стефенсона "Ракета"

 

 Черепановы же построили в 1834 году на Урале первую в России железную дорогу с паровой тягой (Нижнетагильский завод) протяженностью примерно 1 км. Дорога имела колею шириной 1645 мм.

clip_image014 

 

 


 

Первая в России железная дорога общего пользования протяженностью  27 км  между Петербургом и Царским Селом   (г. Пушкин)   была официально открыта  30  октября 1837 года. Эта дорога не имела экономического значения  и  была  предназначена для поездок знати в места увеселений в Царском  Селе, а затем в Павловске. Желто-голубые поезда, состоящие из вагонов-карет, первое время приводились в движение лошадьми. Паровозы, приобретенные за границей, появились несколько позже и носили громкие названия «Богатырь», «Слон», «Лев», «Проворный», «Орел», «Сокол», «Россия». В это же время появились и первые, изготовленные из латуни железнодорожные билеты,

 
 

Рисунок 2.7 – Лубок, выпущенный в Мстёре

 

  

 


которые народ прозвал «жестянками». В 1862 году в Мстёре был выпущен лубок (рисунок 2.7) с забавным текстом о железной дороге.

Рассказ сбитеньщика про железную дорогу: "Здравствуйте, ребятушки, сизые голубятушки! Не пешком пришел, а по железной прискакал, холоду не видал и нужды не слыша. Вчера по Нижнему со сбитнем ходил, а наутро в Белокаменную прикатил. Чудная лошадка, и дорога по ней гладка.

Эх, железная дорога, небывалая краса!  Просто диво, чудеса! В два пути железных шины, а по ним летят машины, не на тройках, на парах, посмотреть так даже страх. Деньги отдал  лишь на месте, сел, вздремнул и верст за  двести   очутишься   ты   как   раз

через  полчаса  иль час.

Ну, уж, дивная лошадка, богатырская ухватка! Тащит тысяч сто пудов, будто как. вязанку дров. Конь стоит и все пыхтит, фыркнет искрами и паром, закипит вдруг самоваром, плавно мчится, не трясется, быстрей облака несется, скородвижно, самокатно, и полезно, и приятно.

Но вот дивная загадка?! От чего сильна лошадка? От того так здорова – не овес ест, а дрова. А воды-то пьет помногу, но зато во всю дорогу никогда уж не слыхать, чтобы стала отдыхать. Не успеешь мигнуть глазом, в Белокаменной уж разом.

Я ль не Антон прожженная сковорода, да и то не беда. Наши в поле не робеют и на печке не дрожат. Истинно – ученье свет, а неученье тьма. И мир божий хоть не одно селенье, но ум людской – мирское именье. Один выдумал ковать, другой пахать. Один азбуке научил, а другой самовар в ход пустил. Не оказия случилась – как Москва-то просветилась. Не раскачало, не растрясло – будто вихрем принесло. Вот вам и Сивка-бурка вещая Каурка. Бежит – земля дрожит, дым столбом валит и огнем палит. Эти шутки! Из Нижнего в полсутки! Чудо-чудное, диво-дивное! До чего народ доходит – самовар в упряжке ходит!"

В 1843 году было начато строительство магистрали Петербург – Москва и через 8 лет, в 1851 году, закончено. Это была самая длинная в мире двухпутная  железная дорога протяженностью 650 км (ширина колеи составляла 1524 мм – 5 футов) со сложнейшими по конструкции мостами, путем, станциями, вокзалами,  депо,  спроектированными русскими инженерами. Эта магистраль явилась крупнейшим инженерно-техническим сооружением России середины ХIХ века.

С открытием 1 ноября 1851 года Петербургско-Московской железной дороги многие убедились в преимуществах нового вида транспорта, и строительство в России стало интенсивно развиваться. Особая роль в проектировании и сооружении  дороги   принадлежит  инженеру,   впоследствии   академику П. П. Мельникову – автору первой в России книги о железных дорогах. Мосты на магистрали проектировались под руководством инженера, затем крупного ученого Д. И. Журавского.

Позже были построены дороги Москва–Курск (1868 г.),  Курск–Киев (1870 г.), Москва–Брест (1871 г). В 1996 году отмечалось 125 лет Белорусской железной дороге. В 1891 г. началось строительство Великого Сибирского пути  длиной 6503 км с двух сторон: от Челябинска и Владивостока.  В период с 1865 по 1875 годы  средний годовой прирост железных дорог России составлял 1,5 тыс. км, а с 1893 по 1897 годы – по 2,5 тыс. км.

clip_image016 

В конце 70-х – начале 80-х годов XIX века появились первые  сортировочные станции (Петербург-Сортировочный в 1879 г.). Первая сортировочная горка была построена в 1899 году на станции Ртищево.

Серийный выпуск паровозов (рисунок  2.8)  был  начат в 1844 г. в Петербурге на  Александровском заводе.

Рисунок 2.8    Образцы  первых паровозов, построенных в России

 

 В 1913 году эксплуатационная длина сети железных дорог России составляла 71,7 тыс. км, а в 1988 году эксплуатационная длина железных дорог СССР была 147,4 тыс. км (53 тыс. км из них были электрифицированы), что составляло 12 % протяженности всех железных дорог мира.

Железнодорожный транспорт СССР выполнял 53 %  ми-

рового грузооборота и 25 % пассажирооборота. Железные дороги СССР перевозили за сутки 11 млн т грузов и около 12 млн пассажиров. Грузонапряженность железнодорожных линий в 1989 году достигала 29 млн приведенных т×км на 1 км эксплуатационной длины. Распределение объема перевозочной работы, выполненной видами транспорта в Республике Беларусь, приведено в таблице 2.1, а сравнение протяженности железных дорог мира – в таблице 2.2.

Т а б л и ц а  2.1 – Распределение объема перевозочной работы между  видами

транспорта Республики Беларусь в 1997 году

 

Виды

транспорта

Грузооборот

Пассажирооборот

млн т×км

%

млн пас×км

%

Железнодорожный

30636

             72,94

        12929

 53,612

Автомобильный

10982

             26,15

          9930

41,18

Речной

   365

               0,87

                2

    0,008

Воздушный

              19

               0,04

          1254

      5,20

И т о г о

42002

           100,00

        24115

100,00

 

 

Т а б л и ц а  2.2 – Эксплуатационная длина железнодорожных путей (на конец 1988 г.)

 

 

Страна

Эксплуатационная длина железнодорожных путей

Плотность ж.-д. путей, км/ 1000 км2

всего, км

в т.ч. электрифицированных

км

%

СССР (1989)

147359

53862

36,6

         6,6

США (дороги 

1 класса)

205280

1667

              0,8

       21,9

Франция

34563

12008

34,7

       63,5

ФРГ (1987)

30520

11871

38,9

123,0

Япония (1987)

27188

          9367

34,5

       73,1

Китай

52767

5738

10,9

   5,5

Индия

61986

6664

10,8

  18,9

Беларусь (1997)

            5543

1297

23,4

  26,7

 

Для сравнения в 1989 году грузооборот железных дорог СССР составлял 3852 млрд т×км; пассажирооборот – 411 млрд пассажиро×км; количество отправленных грузов – 4000 млрд т; число перевезенных пассажиров – 4323 млрд человек; средняя дальность перевозки 1 т груза – 957 км; средняя дальность перевозки 1 пассажира – 94 км; производительность труда в год на 1 работника, занятого на перевозках, – 2573 тыс. приведенных т×км.

Самый длинный и самый тяжелый поезд прошел путь в 252 км из Западной Виргинии до  Портсмута  (США) по Норфолкской и Западной железным  дорогам  15  ноября  1967  года. Длина поезда составила 6 км. Он состоял из 500 вагонов с углем и приводился в движение 6 тепловозами: тремя впереди состава и тремя в середине (их мощность была по 3600 л. с.). Общий вес состава был 42 674 т.

Максимальные скорости, реализованные на железнодорожном транспор-

те: в марте 1984 года в России – 200 км/ч, в мае 1998 года в Германии – 406,9 км/ч, 18 мая 1990 года во Франции – 515,3 км/ч, 12 декабря 1998 года в Японии – 550 км/ч. Высокоскоростной подвижной состав железных дорог мира приведен на рисунке 2.9.

clip_image018

Рисунок 2.9 – Высокоскоростной подвижной состав железных дорог мира: а – "ЭР-200" (Россия); б – "Интер-Сити" (Германия); в – "ТЖВ" (Франция); г – "Синкансен" (Япония)

 

Железнодорожный транспорт является сложным многоотраслевым хозяйством, в состав которого входит железная дорога и предприятия, а также административно-хозяйственные, культурно-бытовые и медицинские учреждения. Для выполнения перевозочного процесса железная дорога имеет технические средства. Основу технического оснащения железнодорожного транспорта составляют путь с искусственными сооружениями, станции и другие раздельные пункты с пассажирскими, грузовыми и экипировочными устройствами; подвижной состав; депо; устройства энергоснабжения, включая тяговые подстанции и контактную сеть на электрифицированных линиях; устройства водоснабжения; специальные средства для регулирования движением и управления эксплуатационной работой; средства связи.

 

 

 


 

Путь и путевое хозяйство

 

Железнодорожный  путь (рисунок 2.10) – это  комплекс  инженерных   сооружений, предназначенный для пропуска по нему поездов с  установленной  скоростью.

К путевому хозяйству железнодорожного транспорта относятся  собственно  путь со всеми его сооружениями и устройствами, а также  комплекс  производственных подразделений и хозяйственных  предприятий,  предназначенных для обеспечения бесперебойной работы железнодорожного пути и проведения его планово-предупредительных ремонтов.

Удельный вес путевого хозяйства в системе железнодорожного транспорта характеризуется тем, что на его долю приходится более 50 %  всех  основных средств железных дорог и свыше 20 % общей численности  работников.

Рисунок 2.10  – Железнодорожный путь

 

 clip_image020 

Железнодорожный путь состоит из земляного полотна строго определенных размеров в виде насыпи или выемки, на верхнюю поверхность которого помещается балластная призма из щебня, гравия или песка. На нее по определенной эпюре укладываются железобетонные, деревянные или металлические шпалы, затем к ним с помощью особых скреплений прикрепляются стальные рельсы. При проектировании и строительстве железнодорожный путь стремятся сделать прямым и горизонтальным, а при невозможности этого – без крутых уклонов в профиле и закруглений в плане. Чем круче уклон пути и чем меньше радиусы кривых, тем больше сопротивление движению.

В разных странах мира железные  доро-

ги имеют разную ширину колеи. Железные

дороги  СНГ и Финляндии имеют ширину колеи, исчисляемую между внутренними гранями головок рельсов, равную 1520 мм. На острове Сахалин ширина колеи в основном составляет 1067 мм. Европейские страны (за исключением Испании и Португалии), а также Канада и США имеют колею 1435 мм. В большинстве стран Южной Америки,  в Индии, Испании и Португалии ширина колеи равна 1600, 1667 и 1676 мм. Некоторые страны имеют более узкую колею (до 750 мм). В Японии основная колея -–1067 мм, новые скоростные магистрали – 1435 мм.

Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений.

Н и ж н е е   с т р о е н и е  п у т и   включает земляное полотно (насыпь, выемка, полунасыпь, полувыемка) и искусственные сооружения (мосты, тоннели, трубы, подпорные стены и др.).

К  в е р х н е м у   с т р о е н и ю  пути  относятся  балластный  слой,  шпалы, рельсы, крепления, противоугоны, стрелочные  переводы,  мостовые  и переводные брусья. Мощность верхнего строения пути характеризуется типом рельсов, качеством балласта и толщиной балластного слоя, типом шпал и их количеством на 1 км.

Земляным полотном называется сооружение, служащее основанием для верхнего строения пути. Оно представляет собой комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки земной поверхности и предназначенных для укладки верхнего строения, обеспечения устойчивости пути и защиты его от воздействия атмосферных и грунтовых вод.

И с к у с с т в е н н ы е   с о о р у ж е н и я  устраиваются при пересечении железнодорожными линиями рек, каналов, дорог и других препятствий. К ним относятся мосты, путепроводы, виадуки, эстакады, тоннели, галереи, трубы и другие сооружения.

Мост (рисунок 2.11) – искусственное сооружение, устраиваемое над водным пространством. Мост состоит из пролетных строений, являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения. Береговые опоры моста называются устоями, промежуточные – быками. Опорами мост разделяется на пролеты.

Мосты бывают:

·   clip_image022по числу пролетов – одно-, двух-, трехпролетные и т. д.;

 

Рисунок 2.11 – Мосты с ездой: а – поверху; б – понизу; в – посередине

·    по конструкции пролетного строения – с ездой понизу, с ездой поверху, с ездой посередине;

·    по числу главных путей – одно-, двух- и многопутные;

·    по материалу – каменные, металлические, железобетонные, деревянные;

·    по длине – малые – до 25 м, средние – от 25 до 100 м, большие – от 100 до 500 м и внеклассные – более 500 м.

Около 70 % мостов – металлические, срок их службы составляет 80 и более лет.

Путепроводы строят в местах пересечения железных и автомобильных дорог  или двух железнодорожных линий (рисунок 2.12).

clip_image024Виадуки сооружают вместо высокой обычной насыпи при пересечении железной   дорогой   глубоких   оврагов,  ущелий

(рисунок 2.13).

  Рисунок 2.12 – Путепровод

 

 Эстакады устраивают взамен больших насыпей в городах, где они меньше стесняют улицы и не препятствуют проезду и проходу под ними, а также на подходах к большим мостам через реки с широкими поймами разлива воды (рисунок 2.14).

clip_image026Тоннели служат для прокладки пути под землей (рисунок 2.15). По месту расположения они бывают горные, подводные и городские (метрополитены).

Галереи строят в горах в местах возможных обвалов (рисунок 2.16).

Трубы устраивают при пересечении железной дорогой небольших водотоков или суходолов (рисунок 2.17).

Т р а с с а        ж е л е з н о д о р о ж н о й   

л и н и и   характеризует  положение  в  пространстве продольной оси пути на уровне бровок земляного полотна.

Рисунок 2.14 – Эстакада

 

Рисунок 2.15 – Тоннель

 

 clip_image028 

П л а н        ж е л е з н о д о р о ж н о г о   п у т и   (линии) – это проекция трассы на горизонтальную плоскость, состоит из прямых и кривых участков (рисунок 2.18). Кривые малого радиуса (500 м и менее) вызывают

снижение скорости   движения,   повышенный   боковой износ рельсов  и  колес  подвижного  состава, удлинение линии, повышают сопротивление  движению и ухудшают видимость машинистам. Для обеспечения плавного вписывания подвижного состава в круговые кривые они сопрягаются с прямыми участками пути с помощью переходных кривых, радиус которых постепенно уменьшается от  ¥  до радиуса круговой кривой R.

П р о д о л ь н ы й   п р о ф и л ь  п у т и – это развертка трассы на вертикальную плоскость  (рисунок  2.19).   Состоит из горизонтальных и наклонных участков.

clip_image030Уклон пути – подъем и спуск. Крутизна наклона элементов профиля характеризуется их уклоном, которым называется отношение разности высот точек по концам элемента к горизонтальному расстоянию между ними. Уклон пути обозначается числом тысячных долей со знаком о/оо. В зависимости от направления движения поезда каждый наклонный элемент профиля (уклон) будет или подъемом, или  спуском.

  Рисунок 2.16 – Противообвальная               галерея

 

  Горизонтальные элементы профиля называются площадками.

clip_image032Руководящий уклон – наибольший подъем на участке, по величине которого устанавливается масса поезда.

Продольный профиль характеризуется крутизной уклонов элементов и их длиной.

 Рисунок 2.17 – Труба

 

 Крутизна (i) измеряется в тысячных долях и получается как частное от деления разности отметок конечных точек элемента профиля (Н) на его длину (L), т. е.  i = Н /L (рисунок 2.20).

 

  

Основным методом определения рационального решения при проектировании железных дорог является разработка нескольких  конкурентоспособных вариантов и выбор наилучшего из них  в  результате  технико-экономических сравнений.

В простейшем случае сравнение только двух вариантов с одноэтапными капиталовложениями может производиться по сроку окупаемости:

 

                                           Ток = (К2 – К1 ) / (Э1 – Э2 ),                                    (2.1)

 

где К1 и К2  – капиталовложения по первому и второму вариантам; Э1 и Э2 – эксплуатационные расходы по первому и второму вариантам.

Разрез, перпендикулярный  продольной  оси  пути,  называется   п о п е р е ч н ы м   п р о ф и л е м   з е м л я н о г о   п о л о т н а. Различают типовые и индивидуальные поперечные профили земляного полотна. Типовые профили в свою очередь делятся на нормальные и специальные. Нормальные профили применяются при сооружении земляного полотна на надежном основании из обычных грунтов. Специальные профили используются в специфических условиях: вечная мерзлота, подвижные пески, скальные грунты, болота и т. п.  Индивидуальные профили применяются в сложных топографических, геологических и климатических условиях и при высоте откосов более 12 м. При этом все размеры обосновываются конкретными расчетами. Отвод поверхностных вод от насыпей, возводимых из привозного грунта, осуществляется продольными водоотводными канавами шириной по дну и глубиной не менее 0,6 м, которые при поперечном уклоне местности до 0,04 устраиваются с обеих сторон, а при большем уклоне – только с нагорной (верхней) стороны.

Если насыпь возводится из местного грунта, взятого рядом с насыпью, то для отвода воды от полотна используются образовавшиеся при этом спланированные углубления, называемые резервами. Дну резервов и водоотводных канав придают продольный уклон не менее 2 о/оо. Полоса земли от подошвы откоса до водоотводной канавы или резерва называется бермой. Со стороны будущего второго пути на однопутных линиях ширина бермы должна быть не менее  7,1 м,  а  с  противоположной  стороны – не  менее 3,0 м. Для отвода воды от насыпи берма имеет уклон, равный 0,02–0,04. Поперечный профиль насыпи приведен на рисунке 2.21.

 

 

 

 Вынутый при сооружении выемки грунт, не используемый для сооружения насыпи в другом месте, укладывается за откосом выемки с нагорной стороны в правильные призмы, называемые кавальерами. Для перехвата и отвода притекающих к выемке поверхностных вод за кавальерами строятся нагорные канавы, а на полосе между кавальером и бровкой откоса выемки отсыпается банкет с поперечным уклоном 0,02–0,04 в сторону от откоса для отвода воды в забанкетную канаву. В неустойчивых грунтах, а также в стесненных условиях вместо водоотводных канав и кюветов устраиваются лотки (железобетонные, бетонные, каменные или деревянные).

На однопутных линиях основная площадка земляного полотна имеет форму трапеции шириной поверху 2,3 м и высотой 0,15 м (рисунок 2.23, а), а на двухпутных линиях – форму  равнобедренного  треугольника  высотой 0,2 м  (рисунок 2.23, б). В скальных и дренирующих грунтах основная площадка земляного полотна горизонтальна.

Согласно ПТЭ ширина земляного полотна на существующих линиях должна быть не менее 5,5 м на однопутных линиях и 9,6 м – на двухпутных, а в скальных и дренирующих грунтах – не менее 5,0 м  на  однопутных  и 9,1 м  – на двухпутных линиях. Линия пересечения основной площадки с откосами называется  бровкой земляного полотна, а откоса с основанием – подошвой откоса.

Горизонтальная проекция линии откоса (l) называется его заложением, а отношение высоты откоса (h) к заложению, которое обозначается 1 : n, – крутизной откоса. Наибольшее распространение получили откосы крутизной 1:1,5, называемые полуторными.

 

 


Строение рельс                                                                                                

 

В е р х н е е   с т р о е н и е  состоит из рельсов, шпал, рельсовых скреплений, балластного слоя, противоугонов (рисунок 2.25), переводных и мостовых брусьев.

clip_image050                  Рисунок 2.25 – Противоугоны: а – пружинный; б – самозаклинивающийся

Балластный слой служит для равномерной передачи давления от шпал на возможно большую поверхность основной площадки земляного полотна, чтобы не допустить его деформации. Для балласта применяется щебень, гравий, песок, шлак. Лучшим является щебень из твердых каменных пород размером от 0,25 до 0,70 м.

clip_image052На верхнее строение действуют вертикальные и горизонтальные силы: вертикальные силы – статические от воздействия веса, динамические – от воздействия неподрессоренных и подрессоренных частей при колебании подвижного состава; горизонтальные – боковые (толчки колес из-за виляния состава и от давления колес на наружные рельсы в кривых участках пути); продольные – при торможении, от воздействия колес локомотивов на рельсы при тяге, температурные воздействия.

Рисунок 2.26 – Профиль рельса: 1 – головка рельса; 2 – шейка; 3 – подошва

 

 Рельсы (рисунок 2.26)предназначены для направления движения колес подвижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи её на шпалы. Они являются главнейшим элементом верхнего строения пути. Кроме того, рельсы используются на участках с автоблокировкой как проводники сигнального тока, а при электротяге – обратного тяго-

вого тока.

Рельсы  имеют вид двутавровой балки и состоят из головки, шейки и подошвы. В зависимости от массы и поперечного профиля они подразделяются на типы Р43, Р50, Р65, Р75. Цифра показывает массу погонного метра рельса. Стандартная длина рельсов составляет 25 м. При устройстве бесстыкового  пути  используются  сварные рельсовые плети длиной 800 и 1200 м.

Скрепления служат для прикрепления рельсов к шпалам и соединения концов рельсов между собой. Они подразделяются на промежуточные и стыковые.

clip_image054Шпалы являются основным видом подрельсовых оснований и служат для восприятия давления от рельсов и передачи его на балластный слой. Кроме того, шпалы предназначены также для крепления к ним рельсов и обеспечения постоянства ширины колеи. Шпалы бывают деревянные (рисунок 2.27), железобетонные (рисунок 2.28) и реже металлические. Стандартная длина деревянной шпалы – 2750 мм. Шпалы в пределах рельсового звена размещают по эпюре (по определенной схеме).

В зависимости от типа верхнего строения на 1 км пути укладывается 1840, 1600 и 1440 шпал. На некоторых кривых, на крутых уклонах и в тоннелях – 2000 шпал на 1 км.

Рисунок 2.27 – Поперечные профили деревянных шпал

 

 Шпалы должны быть прочными, упругими, дешевыми и обладать достаточным сопротивлением электрическому току.

clip_image056Достоинством деревянных шпал являются: легкость, упругость, простота изготовления, удобство крепления рельсов,  высокое  сопротивление  токам рельсовых  цепей,  а  недостатком – сравнительно  небольшой  срок  службы (15–18 лет), значительный расход деловой древесины (сосна, ель, пихта, лиственница).

clip_image058Железобетонные шпалы  массой 252 кг изготовляются из предварительно напряженного железобетона. Их достоинством являются: долговечность (40–50 лет), обеспечение высокой устойчивости пути и плавности движения поездов, а недостатком – большая масса, токопроводимость, высокая жесткость, сложность крепления рельсов к шпале.

Металлические шпалы не получили распространения из-за большого расхода металла, подверженности коррозии, электропроводимости, большой жесткости и неприятного шума при движении поездов.

Стрелка состоит из двух рамных рельсов, двух остряков, предназначенных для направления подвижного состава на прямой или боковой путь, и переводного механизма.

Остряки соединяются между собой поперечными стрелочными тягами, с помощью которых один из остряков плотно подводится к рамному рельсу, а другой отходит от другого рамного рельса на величину, необходимую для свободного прохода гребней колёс. Величина отхода этого остряка от оси первой тяги называется шагом остряка.

Перевод остряков из одного положения в другое осуществляется специальными приводами через одну из тяг, в пологих стрелочных переводах, остряки которых имеют значительную длину, – через две тяги. В приводе имеется устройство, запирающее остряки в том или ином положении и контролирующее их плотное прилегание к рамным рельсам. Тонкая часть остряка называется острием, а противоположный его конец – корнем. Корневое крепление обеспечивает поворот остряков в горизонтальной плоскости и соединение с примыкающими к ним рельсами.

Крестовина состоит из сердечника и двух усовиков. Она обеспечивает пересечение гребня колёс рельсовых головок, а контррельсы направляют гребни колёс в соответствующие желоба при проходе колесной пары по крестовине. Точка пересечения продолжения рабочих граней сердечника крестовины называется её математическим центром, а самое узкое место между усовиками – горлом крестовины. Угол  a, образуемый рабочими гранями сердечника, называется углом крестовины.

Соединительная часть перевода, лежащая между стрелкой и крестовиной, состоит из прямого участка и переводной кривой. Радиус этой кривой зависит от угла крестовины: чем меньше угол, тем больше радиус. Переводы с меньшими углами крестовин допускают большие скорости движения поездов.

Перекрестный перевод позволяет переходить подвижному составу с одного пути на другой в обоих направлениях. Перевод имеет 8 остряков и четыре крестовины – две острые и две тупые.

Стрелочные переводы различаются типом рельсов, конструкцией остряков и значениями углов, образуемых в крестовинах пересекающимися рельсовыми нитями. Остряки могут быть прямолинейные и криволинейные. Криволинейные остряки облегчают вписывание подвижного состава в переводную кривую.

Отношение ширины сердечника крестовины в её корне (К) к длине сердечника (l) называется маркой крестовины: 1/N = К / l = tga, где a – угол крестовины; N – целое число.

Полную длину перевода можно определить из выражения

 

                                Lп = Lт + m + q = а + b.                                               (2.4)

 

Для удобства изображения и чтения схем и планов путей на чертеж наносят лишь оси путей и центры стрелочных переводов (см. рисунок 2.33).

Таким образом, обыкновенный стрелочный перевод в осях путей представляет собой изображение в виде двух линий, расходящихся от центра перевода под углом крестовины a. Для вычерчивания стрелочных переводов в осях путей необходимо знать угол a и расстояние А0 = а от начала рамных рельсов до центра перевода и 0Е = b от центра перевода до корня крестовины.

Для нанесения на чертёж стрелочного перевода от центра перевода по оси прямого пути откладывают в принятом масштабе число единиц, соответствующее значению марки крестовины, а в конце этого размера перпендикулярно оси пути откладывают единицу (числитель марки крестовины) в том же масштабе; после этого полученную точку соединяют с центром перевода.

Для сокращения длины путей, занимаемой стрелочными соединениями, удобства обслуживания стрелок их необходимо располагать компактно.

Возможные схемы взаимного расположения стрелочных переводов приведены на рисунке 2.35. Там же даны формулы для расчета расстояний между центрами стрелочных переводов l. Прямая вставка f  между переводами по схемам 1, 2 и 3 в зависимости от скорости движения, назначения пути и наличия места составляет от 4,5 до 25 м. По схемам 4 и 5 вставка определяется в зависимости от ширины междупутья е.

 

         Кроме обыкновенных стрелочных переводов другим устройством для соединения путей являются  с ъ е з д ы. В зависимости от расположения соединяемых путей съезды бывают обыкновенные, перекрестные и сокращенные (рисунок 2.36).

Обыкновенный съезд  состоит из двух одиночных стрелочных переводов и соединительного пути, укладываемого между корнями крестовин. 

Перекрестный съезд, или двойной, переставляет собой пересечение двух одиночных съездов. Он имеет четыре стрелочных перевода и глухое пересечение, помещаемое между корнями крестовин. Такие съезды укладываются в стесненных условиях, когда для последовательного расположения двух одиночных съездов нет участка достаточной длины. 

Сокращенные съезды применяют при соединении двух далеко отстоящих друг от друга путей для уменьшения общей длины соединения.


Для соединения путей в стесненных условиях, а также для уменьшения длины   маневровых   передвижений  применяют  сокращенные  стрелочные

улицы; улицы под углом, больше угла крестовины и другие приемы.

Требования ПТЭ к стрелочным переводам изложены в пунктах 3.13–3.20.

 Группы станционных путей, предназначенные для выполнения  одних  и  тех же  операций, называются  п а р к о м.  По своему назначению они делятся на парки приема поездов, парки отправления поездов, на сортировочные, технические и т. д.). По конфигурации парки бывают различных видов (рисунок 2.38).

 
  clip_image084

  


        а)                                               б)                                           в)

 

 

 

  Рисунок 2.38 – Конфигурации парков путей: а – трапеция; б – рыбка; в - параллелограмм

 

    На станциях используются радиусы кривых 180; 200; 250; 300 м. Для плавности хода применяют переходные кривые с радиусом,  изменяющимся от ¥  до радиуса круговой кривой.

 У станционных путей различают п о л н у ю  и  п о л е з н у ю  д л и н у. Полной называется длина пути, включающая и длину стрелочных  переводов, ограничивающих данный путь. Полезной длиной считается часть станционного пути, в пределах которой может находиться подвижной состав, не нарушая безопасности движения по соседним путям.

Полезная длина приемо-отправочных путей стандартная и может быть 850; 1050; 1250; 1550; 1700; 2000 м. Она измеряется между выходным сигналом с пути и предельным столбиком.

Каждому пути и каждому стрелочному переводу присваивается номер. Главные пути нумеруются римскими цифрами (I, II, III  и т. д.), а станционные – арабскими (1, 2, 3 и т. д.). Стрелочные переводы со стороны прибытия четных поездов нумеруются четными арабскими цифрами (2, 4, 6 и т. д.), а со стороны  прибытия нечетных поездов – нечетными арабскими цифрами (1, 3, 5 и т. д.). Границей между четной и нечетной сторонами станции или парка путей при нумерации стрелочных переводов является ось пассажирского здания или ось парка, перпендикулярная путям.

П р е д е л ь н ы й   с т о л б и к  устанавливается от стрелочного перевода в сторону расходящихся путей в том месте, где расстояние между их осями составляет 4100 мм (рисунок 2.39).

 
  clip_image085

  

 


                                                                                                                                                    

                                                                                                                                                             ·

Рисунок 2.39    Место установки предельного столбика

 

 

 

Габариты на железнодорожном транспорте

 

Для обеспечения безопасного и бесперебойного движения поездов на железнодорожном транспорте установлены определенные требования  в  отношении размеров подвижного состава, а также сооружений и устройств, расположенных вблизи пути.

    Различают три основных вида габаритов: габарит подвижного состава –Т, габарит приближения строений – С, габарит погрузки – П (рисунок 2.40).

Габаритом подвижного состава (Т) называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути как в порожнем, так и груженом состоянии не только новый подвижной состав,  но  и подвижной состав, имеющий максимальные нормированные допуски и  износы (за исключением бокового наклонения на рессорах).

ГОСТом установлены габариты подвижного состава 1-Т и Т для железных дорог СНГ и Монголии и 1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ и 03-ВМ – для подвижного состава, обращающегося по железным дорогам СНГ и дорогам зарубежных стран колеи 1435 мм.

Габаритом приближения строений (С) называется предельное поперечное очертание, внутрь которого, помимо подвижного состава, не должны заходить никакие части сооружений и устройств.

  Габаритом погрузки (П) называется предельное  поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором не выходя наружу должен размещаться груз на открытом подвижном составе, при нахождении его на прямом горизонтальном пути.

Негабаритность может быть боковой, верхней и  нижней,  а  также одно- и двусторонней.

Негабаритность называется нижней, если груз выходит за габарит погрузки в пределах высоты 1230 мм от уровня головки рельсов, боковой – на высоте от 1230 до 4000 мм, верхней – на высоте от 4000 до 5300 мм.

Верхняя негабаритность бывает трех степеней, боковая и нижняя – шести степеней.

Негабаритные грузы перевозятся при соблюдении специальных условий предосторожности.

 

 

 


 Раздельные пункты

 

    Для пропуска заданного числа поездов по  участку  и  обеспечения безопасности движения поездов железнодорожные линии делятся на перегоны или блок-участки раздельными пунктами.

К раздельным пунктам относятся разъезды, обгонные пункты и путевые посты, проходные светофоры при автоблокировке и станции.

Разъезды – это раздельные пункты на однопутных линиях, имеющие путевое развитие для скрещения и обгона поездов. Разъезды бывают поперечного, полупродольного и продольного типов (рисунок 2.41).

 

 
  clip_image092

  

 

 

 


           Поперечный                   Полупродольный                                      Продольный

 

Рисунок 2.41    Типы разъездов в осях

Внешний вид разъезда поперечного типа приведен на рисунке 2.42.

 
 

Рисунок 2.42  – Разъезд поперечного типа в путях

 

  


clip_image094

 

 

 

 

Обгонные пункты – это раздельные пункты на двухпутных линиях, имеющие путевое развитие, допускающее обгон поездов и в необходимых случаях перевод поезда с одного главного пути на другой (рисунки 2.43, 2.44).

 

clip_image095а)                                                                                             б)

 

 

 

                                           в)

 

 

 

 

Рисунок 2.43  – Типы обгонных пунктов: а) поперечный; б) полупродольный;

в) продольный

clip_image097

 

 
 

Рисунок 2.44  – Обгонный пункт поперечного типа в путях

 

  

 


Путевые посты – это раздельные пункты без путевого развития, предназначенные для регулирования  движения поездов (блок-посты при полуавтоблокировке (ПАБ), посты примыкания на однопутном перегоне и т. п.). Эту же функцию на участках, оборудованных автоблокировкой (АБ), выполняют проходные светофоры (рисунок 2.45), а при оборудовании участка автоматической локомотивной сигнализацией (АЛС) – обозначенные границы блок-участков.

Станциями называются раздельные пункты, имеющие путевое развитие, позволяющее выполнять операции по приему, отправлению, скрещению и обгону поездов, по приему, выдаче багажа и обслуживанию пассажиров, погрузке и выгрузке грузов, а при развитых путевых устройствах – маневровую работу по расформированию и формированию поездов и технические операции с ними.

В зависимости от своего назначения и характера работы станции делятся на промежуточные (IIIV классов), участковые (I–II классов),  сортировочные (I класса и внеклассные), грузовые (внеклассные, I–III классов), пас-

clip_image099 

сажирские (внеклассные, I–III классов),  пассажирские-технические .

    Станции, к которым примыкают не менее трех  магистральных  направлений, называются узловыми.

Рисунок 2.45  – Расположение поездов на участке,

оборудованном автоблокировкой

 

 При проектировании  станций должны быть соблюдены следующие основные принципы: безусловное обеспечение безопасности движения; реализация потребной пропускной способности; соблюдение комплексности проекта, т. е. учет интересов не только железнодорожного транспорта,

 

но и  других отраслей народного хозяйства, населенного пункта,  других  видов транспорта; выполнение требований  охраны  окружающей  среды;  выбор наиболее экономичного решения; обеспечение  возможности  дальнейшего развития.

Раздельные пункты должны располагаться на прямых  горизонтальных участках пути. Допускается уклон пути 1,5 о/оо, в особо трудных условиях – до 2,5 о/оо, в горных условиях – до 8 о/оо, но с проверкой возможности трогания состава с места.

Железнодорожные пути на  раздельных  пунктах  подразделяются  на станционные и специального назначения. К  с т а н ц и о н н ы м  п у т я м  относятся пути в границах станции:  главные,  приемо-отправочные,  сортировочные, вытяжные, погрузочно-выгрузочные, деповские (локомотивное  и вагонное хозяйство), соединительные, а также прочие пути.

 Главным путем  называется станционный путь, являющийся продолжением перегонного пути.  

К путям  специального  назначения  относят  предохранительные  и улавливающие тупики и подъездные пути к промышленным предприятиям.

Предохранительные тупики  предназначены для предупреждения выхода подвижного состава на маршруты следования поездов.

Улавливающие тупики предназначены для остановки потерявшего управление поезда или части поезда  при  движении  по  затяжному  спуску,

расположенному на примыкающем к станции перегоне.

Промежуточные станции бывают поперечного, полупродольного (рисунок 2.46) и продольного типов и устраиваются как на однопутных, так и на двухпутных линиях. Кроме обгона и скрещения поездов на них выполняются следующие операции:

·  посадка, высадка пассажиров, продажа билетов, прием багажа  и почты, погрузка, выгрузка и хранение их;

·  прием грузов, погрузка в вагоны, выгрузка, хранение и  выдача грузов;

·  маневровые операции по отцепке вагонов  от  сборных  поездов, расстановка у погрузочно-выгрузочных фронтов, сборка вагонов и  прицепка к сборному поезду;

·  оформление документов на перевозку грузов;

·  обслуживание подъездных путей;

·  формирование отправительских маршрутов или групп вагонов для ступенчатых маршрутов при большом грузообороте;

·  отстой составов пригородных поездов на зонных станциях.

    Маневровая работа на промежуточных станциях  производится или локомотивом  сборного  поезда, или специальным маневровым локомотивом станции.

clip_image101 

Рисунок 2.46  – Схема промежуточной станции с полупродольным расположением путей:

1 – главный; 2–4 – приемо-отправочные; 5 – выставочный; 6 – погрузочно-выгрузочный;

7 – вытяжной; 8 – предохранительный тупик; Lпл – длина станционной площадки

 

      Маневровая работа – это передвижение локомотивов с вагонами или без них по станционным путям  при  расформировании  и  формировании поездов, отцепке, прицепке вагонов к поездам, перестановке вагонов из парка в парк, подаче вагонов на погрузочно-выгрузочных путях (фронтах), расстановка там вагонов и их уборка.

Маневры могут  производиться локомотивами, маневровыми лебедками и специальными тягачами, а также с использованием силы тяжести самих вагонов. Для производства маневровой работы на станциях устраиваются вытяжные пути, полугорки, сортировочные горки и сортировочные пути или парки.

Маневровая работа, выполняемая с помощью локомотивов, представляет

собой совокупность передвижений локомотивов с вагонами или без вагонов с одного пути на другой с переменой направления (совокупность полурейсов и рейсов).  

 Выполняют маневровую работу составительская и  локомотивная бригады.

Участковые станции. Для организации и обслуживания поездов  и  работы  локомотивных бригад, технического осмотра, экипировки и ремонта подвижного  состава, расформирования и формирования сборных и  участковых  поездов железнодорожные линии делятся на участки, на границах которых  размещаются участковые станции. Размещение участковых станций  на  железнодорожных линиях зависит от  вида  тяги,  способа  обслуживания поездов локомотивами и локомотивными бригадами.

Участковые станции предназначены для выполнения следующей работы: приема и отправления транзитных пассажирских и грузовых  поездов со сменой локомотивов и локомотивных бригад или  со  сменой  только локомотивных бригад; технического  и  коммерческого  осмотров  вагонов; расформирования и формирования составов сборных и участковых  поездов; технического осмотра, экипировки и  осмотра  локомотивов;  ремонта вагонов  (безотцепочного и  отцепочного);  обслуживания  пассажиров, приема и выдачи багажа и почты; погрузки и выгрузки грузов в  грузовом районе; обслуживания подъездных путей промышленных предприятий.

Для выполнения перечисленных  видов  работ  участковые  станции имеют устройства для пассажирского движения и обслуживания пассажиров, пути для грузового движения, грузовые дворы (ГД),  локомотивное и вагонное хозяйства и другие устройства. Схема участковой станции приведена на рисунке 2.47. 

У с т р о й с т в а   д л я   п а с с а ж и р с к о г о   д в и ж е н и я   включают  пассажирские здания, платформы, тоннели, пешеходные мосты, почтовые  и  багажные помещения, приемо-отправочные (перронные) пути, а также пути стоянки составов местных пассажирских поездов, имеющих оборот на  данной станции.

clip_image103 

Рисунок 2.47  – Схема участковой станции поперечного типа на однопутной линии

 

В состав п у т е в ы х   у с т р о й с т в   д л я  г р у з о в о г о  д в и ж е н и я  входят  приемо-отправочные, сортировочные и вытяжные  пути.  Приемо-отправочные пути, объединенные в парки, служат для  стоянки  поездов  во  время технического обслуживания и коммерческого осмотра,  предусмотренных технологическим процессом работы станции. Сортировочные парки  предназначены для накопления и формирования поездов. Наиболее  распространенными устройствами для выполнения маневровой работы  на  участковых станциях являются вытяжные пути.

Сортировочные станции предназначены для массового расформирования и формирования поездов. Это самые  крупные  станции    фабрики маршрутов. Они располагаются в местах массового зарождения и  погашения вагонопотоков (грузопотоков), а также на подходах  к  крупным промышленным районам и административным центрам. Иногда сортировочные станции располагаются на транзитных направлениях (Омск).

Для переработки вагонов на сортировочных станциях имеются: парк (парки) приема, отправления, сортировочные, транзитные, сортировочные горки, вытяжные пути.

     На сортировочных станциях выполняются все те же операции, что и на участковых станциях, однако преобладает работа по  расформированию и формированию поездов.

     Сортировочные станции бывают односторонние и двусторонние  (две сортировочные системы), с последовательным, параллельным и комбинированным расположением парков. Схема двусторонней сортировочной станции приведена на рисунке 2.48.

 

clip_image105 

 

Рисунок 2.48  – Схема двусторонней сортировочной станции

Основы технологии работы сортировочных и участковых станций. Транзитные без переработки поезда принимаются в транзитный или приемо-отправочный парк. Производятся технический и коммерческий осмотры и ремонт  вагонов, в большинстве случаев смена локомотивов и локомотивных бригад. После пробы тормозов поезда отправляются со станции.

    Поезда, прибывающие в расформирование, принимаются  в  парк  приема,

где также производится технический и коммерческий  осмотры  вагонов. Поездной локомотив отцепляется и следует в депо. Поездные  документы передаются в  станционный  технологический  центр  (СТЦ).  Здесь производится сверка документов с составом поезда и готовится сортировочный листок, на основании которого производится расформирование состава.

После накопления состава производится окончание его формирования и перестановка в парк отправления (ПО). В парке отправления выполняются  технический и коммерческий осмотры вагонов. В  СТЦ  готовятся  документы  на сформированный состав и передаются в ПО. Поездной  локомотив  прицепляется к составу, машинисту  под  роспись  вручаются  документы, производится проба тормозов – и поезд отправляется со станции.                                                                                                                                                                          

Железнодорожные и транспортные узлы.  Ж е л е з н о д о р о ж н ы м  узлом  называется пункт примыкания нескольких железнодорожных линий, в котором имеются специализированные станции и другие раздельные пункты, связанные соединительными путями, обеспечивающими пропуск пассажирских и грузовых поездов с одной линии на другую. Границей узла служат входные сигналы предузловых раздельных пунктов. Железнодорожный узел в крупных населенных  пунктах  является  частью т р а н с п о р т- н о г о   узла, представляющего собой комплекс транспортных устройств в районе стыка различных видов транспорта, совместно выполняющих операции по обслуживанию транзитных, местных и городских перевозок. В транспортный узел, помимо железных дорог, могут входить морской, речной порты, автомобильные дороги, сеть промышленного транспорта, аэропорты, сети трубопроводного транспорта и городской транспорт.

В транспортном узле происходит массовая пересадка пассажиров и передача грузов с одного вида транспорта на другой. Примеры железнодорожных узлов: Брестский, Гомельский, Киевский,  Московский и т. д.

 

 


Основы организации движения поездов

 

Оперативное руководство эксплуатационной работой на железнодорожном транспорте осуществляют специалисты службы перевозок, несущие сменные круглосуточные дежурства. Оперативной работой станции руководит дежурный по станции (ДСП) или маневровый диспетчер (ДСЦ), а на крупных двухсистемных станциях – станционный диспетчер (ДСЦС). Движением поездов и работой станций в пределах участка руководит поездной диспетчер (ДНЦ), а в пределах железнодорожного узла – узловой диспетчер (ДНЦУ).

Работу поездных диспетчеров в пределах отделения дороги объединяет дежурный по отделению (ДНЦО).

Общее руководство оперативной работой в  пределах  дороги  осуществ-

ляют дорожные диспетчеры (ДГП), а в Министерстве путей сообщения Российской Федерации по группам дорог – ревизоры-диспетчеры.

На железнодорожном транспорте движение  поездов  осуществляется  по

графику. График движения поездов (ГДП) выражает план всей эксплуатационной работы железных дорог и является основой организации перевозок. Движение поездов строго по графику достигается точным выполнением  технологического  процесса работы станций, локомотивных и вагонных депо, тяговых подстанций, пунктов технического обслуживания, дистанций пути и других подразделений железных дорог, связанных с движением поездов.  Объединяя и координируя работу всех этих подразделений,  график  дает  возможность осуществить необходимое взаимодействие между ними.

График движения поездов должен  обеспечивать:  выполнение  плана перевозок пассажиров и грузов; безопасность движения поездов; наиболее эффективное использование провозной, пропускной и перерабатывающей  способности  станций;  высокопроизводительное   использование подвижного состава; соблюдение  установленной  продолжительности непрерывной работы локомотивных бригад; возможность производства работ по текущему содержанию пути, сооружений, устройств СЦБ, связи и электроснабжения.

ГДП устанавливает время хода поездов по перегонам, время их отправления со станций и прибытия на станции, продолжительность стоянок в пунктах скрещения и обгона.

Вместе с тем ГДП определяет план работы станций, локомотивных и вагонных депо, участков, дистанций пути и других звеньев транспорта, от согласованной работы которых зависит точное выполнение графика.

Исходными данными для составления ГДП является: объем перевозок пассажиров и грузов; план формирования поездов; техническая вооруженность линии (род тяги, количество главных и станционных путей, устройства СЦБ); технология работы станций, депо, дистанций и других подразделений, связанных с движением поездов; времена хода, стоянок, станционные интервалы, дополнительное время на разгоны, замедления поездов и др.

    Ход поезда изображается на графике в виде движения точки в  системе координат, где по оси абсцисс откладывается время суток от 0 до 24 ч, а по оси ординат – пройденное расстояние.

    Нечетные поезда на графике наносятся сверху  вниз,  а  четные – снизу вверх. В точках пересечения линий  движения  поездов  с  осями раздельных пунктов (в тупых углах) ставится последняя цифра  времени прибытия, отправления или проследования поездов,  указывающая  число минут сверх целого десятка.

ГДП классифицируются следующим образом (рисунок 2.49):

·  параллельные и непараллельные (в зависимости от скорости  движения поездов);

·  однопутные и двухпутные (по числу главных путей на перегонах);

·  парные и непарные (по соотношению числа поездов в четном и нечетном направлении);

·  обыкновенные, пачечные, пакетные и частично пакетные  зависимости от расположения поездов попутного следования).

·  насыщенные и ненасыщенные (в зависимости от  степени  заполнения пропускной способности);

·  идентичные и неидентичные (в зависимости от  соотношения  сумм времени хода четных и нечетных поездов на перегонах).

Промежуток времени между прибытием поезда на соседнюю станцию и отправлением со станции на этот же перегон поезда попутного направления называется интервалом попутного следования (tп). Такой интервал используется при организации движения поездов на участках, оборудованных: полуавтоматической блокировкой, электрожезловой системой, телефонными средствами связи (см. рисунок 2.49 – пачечный график).

Интервал между попутными поездами при автоблокировке (I )  приведен

на рисунке 2.49 – пакетный график.

Промежуток времени между прибытием поезда с перегона на станцию и отправлением  на  этот  же  перегон поезда встречного направления (рисунок 2. 50) называется интервалом скрещения (tс).

 

 

При отправлении поезда после остановки время хода  по  перегону увеличивается на величину интервала разгона (tр).

    При остановке поезда время хода по  перегону  увеличивается  на интервал замедления (tз).

Скорость движения измеряется в километрах в час и в дифференциальной форме представляет собой приращение пути за единицу времени, т. е.

 

                                                           v = ds/dt.                                           (2.5)

 

Ходовая скорость (vх ) – средняя скорость движения поездов по участку без учета затрат времени на разгоны, замедления и стоянки на промежуточных станциях,

                                                vх = åNL / åNTx,                                               (2.6)

 

где åNL  – суммарные поездо-километры на участке; åNTx – суммарные по-

ездо-часы на участке без учета затрат времени на разгоны, замедления и стоянки на промежуточных станциях.

Техническая скорость (vт) – средняя скорость движения поездов по участку с учетом затрат времени на разгон и замедление и без учета затрат времени на стоянки на промежуточных станциях,

 

                                vт = åNL / åNTд = åNL / (åNTx + åtрз),                         (2.7)

 

где åNTд – суммарные поездо-часы в движении по участку.

Участковая скорость (vу) – средняя скорость движения поездов по участку с учетом затрат времени на разгон,  замедление и стоянки на промежуточных станциях,

 

                  vу = åNL / åNTпути = åNL / (åNTx + åtрз   +   åtст  ),              (2.8)

 

где åNTпути – суммарные поездо-часы нахождения поездов на  участке.

Качество построения ГДП можно оценить с помощью коэффициентов отношения скоростей

 

                                      bт = vу  /vт  и  bх = vу / vх.                                       (2.9)

 

Нужно стремиться к увеличению коэффициента bт. Чем выше этот коэффициент, тем меньше простои поездов на промежуточных станциях и тем выше качество построения графика движения.

Пропускной способностью железнодорожной линии называется число поездов  или пар поездов установленной массы, которое  может  быть  пропущено  в единицу  времени  (сутки) в  зависимости  от  имеющихся   технических средств, типа и мощности подвижного состава и принятых методов  организации движения поездов (типа графика).

Различают пропускную способность наличную, т. е. ту, которой обладает линия в настоящее время, и потребную, необходимую для заданных размеров движения.

Возможные размеры грузовых перевозок в  миллионах тонн,  которые  могут быть выполнены на данной линии в течение года,  называются  провозной способностью.

Наличная пропускная способность участка по ограничивающему  перегону

                                       Nн = (1440tтехн)aнк / Тпер ,                              (2.10)

 

где 1440 – число минут в сутках; tтехн – технологическое время, необходимое

на содержание пути, мин; aн  коэффициент надежности технических средств (вагонов, локомотивов и т. д.); к – число поездов или пар  поездов  в периоде; Тпер – период графика, мин.

 

Перегон, у которого самая большая сумма времени хода четных и нечетных поездов на участке, называется  максимальным.

Для увеличения пропускной способности на максимальном перегоне применяется схема прокладки поездов, имеющая минимальный период графика.

Перегон, имеющий максимальный период графика, называется  ограничивающим.

    Число пар грузовых поездов, которое  может  быть  пропущено  по участку при непараллельном (нормальном) графике,

 

                                            Nгр = NнNпасeпас Nсб eсб,                                 (2.11)

 

где  Nн – расчетное число пар поездов при параллельном графике (наличная пропускная способность); Nпас и Nсб – число пар соответственно пассажирских и сборных поездов; eпас и eсб – коэффициенты съема, показывающие, сколько пар грузовых поездов параллельного графика снимается с графика соответственно парой пассажирских (рисунок 2.53, а) и сборных поездов (рисунок 2.53, б).

 

 

Данные о корреспонденции вагонопотоков сводятся в косые таблицы (таблица 2.3)  или  в "шахматки", наглядно показывающие число вагонов,  проходящих  через станции или подразделения.

Вариант плана формирования, разработанный с учетом вагонопотоков, приведенных в таблице 2.3, представлен на рисунке 2.54.

Т а б л и ц а  2.3 –  Косая таблица вагонопотоков

 

Станция

отправления 

Станция назначения

Итого

А

Б

В

Г

Д

А

-

150

820

280

140

1390

Б

230

-

80

-

210

        520

В

770

-

-

560

310

1640

Г

205

145

450

-

650

1450

Д

200

170

325

610

-

1305

В с е го

 1405

     465

       1675

     1450

 1310

      6305

 


Таким образом, ПФП определяет станции назначения или расформирования поездов, а также характер и объем работы всех станций.

При  составлении ПФП стремятся  включить  как  можно большее число вагонов в маршруты, чтобы поезда следовали на большие расстояния без переработки (переформирования) на попутных станциях. При этом ускоряется  продвижение  груза,  улучшается  использование подвижного состава, снижаются затраты на перевозки. В этом  суть  и значение  маршрутизации  перевозок.

Маршрутизация бывает отправительской, если маршруты организуются на одной станции из вагонов, загруженных  одним  отправителем  и следующих на одну станцию выгрузки или распыления по точкам выгрузки.

Если загруженных отправителем вагонов недостаточно  для  целого состава, маршруты формируют из вагонов, загруженных  на  нескольких станциях одного (двух) участков или  несколькими  отправителями  на одной станции. Такие маршруты называются ступенчатыми.

Поездом называется сформированный и сцепленный состав вагонов с одним или несколькими действующими локомотивами или моторными вагонами, имеющий установленные сигналы.

Поезда подразделяются на пассажирские, грузовые, специальные (восстановительные, пожарные и др.) и общего назначения.

По старшинству поезда делятся:

·  на внеочередные – пожарные и восстановительные  поезда,  снегоочистители, одиночные локомотивы, автомотрисы и  дрезины  несъемного типа, назначаемые для восстановления нормального движения  и  тушения пожара;

·  очередные в порядке старшинства – пассажирские скоростные и  скорые,  пассажирские всех остальных наименований, почтово-багажные, воинские,  грузопассажирские, людские, ускоренные грузовые, хозяйственные  поезда и локомотивы без вагонов.

Людскими  называются  грузовые  поезда при постановке в них 10 вагонов и  более,  занятых  людьми, а хозяйственными – поезда, обслуживающие собственные нужды дороги (перевозка  балласта, рельсов, шпал и др.).

При разработке  плана  формирования  после  выделения  отправительских и ступенчатых маршрутов из оставшегося вагонопотока планируют формирование поездов других категорий. К ним относятся поезда:

·  сквозные, проходящие без переработки не менее чем через  одну техническую  (сортировочную или участковую) станцию;

·  участковые, следующие без переработки  от  одной  технической станции до другой;

·  сборные, состоящие из вагонов  назначением  на  промежуточные станции прилегающего участка;

·  передаточные, для доставки вагонов с одной  станции  узла  на другую;

·  вывозные, для вывоза групп вагонов с узла на ближайшие  станции участка.

В зависимости от числа групп вагонов разных  назначений  поезда могут быть одногруппные и групповые.

     Для оценки плана формирования поездов  подсчитывают  его  п о к а з а-  т е л и. Основные из них:

·  общая затрата вагоно-часов, в том числе на  накопление  вагонов и их переработку;

·  уровень отправительской и ступенчатой маршрутизации;

·  средняя дальность пробега вагонов без переработки и т. д.

Каждому поезду в зависимости от его категории на станциях  формирования присваивают номер. Пассажирским: скорым – 1–149, скоростным – 151–179, пассажирским дальним круглогодичного  обращения – 181–299,  пригородным – 6001–6999; грузовым: сквозным – 2001–2998,  участковым – 3001–3398, сборным – 3401–3498 и т. д.

Поездам одного направления (с севера на юг и с востока  на  запад) присваиваются нечетные номера, а поездам  обратного  направления – четные.

Кроме номера, каждому грузовому поезду на станции его  формирования присваивается индекс, который не изменяется до  станции  расформирования. Индекс  грузового  поезда  представляет  собой   специальный код, состоящий из 10 цифр, первые четыре  из  которых  являются единой сетевой разметкой (ЕСР) станции формирования, следующие две – порядковым номером состава, сформированного на этой станции, а последние четыре – ЕСР станции назначения поезда.

Организация движения поездов, операции по приему, отправлению и сквозному пропуску поездов на станциях осуществляются согласно Правилам технической эксплуатации (ПТЭ), Инструкции по движению  поездов и маневровой  работе и Инструкции по сигнализации.

 

 


Тяговый подвижной состав

 

Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с  помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы  и мотор-вагонный подвижной состав. Последний состоит из моторных и прицепных вагонов.

Локомотивы, у которых преобразование тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в механическую  производится установкой  с паровым котлом и паровой машиной, называются паровозами.

Локомотивы с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (дизелями) называются тепловозами, а с газотурбинными установками – газотурбовозами.

Паровозы, тепловозы и газотурбовозы являются автономными  локомотивами.

clip_image113У локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава с  неавтономной тягой (электровозов (рисунок 2.55) и электропоездов) первичная (электрическая) энергия поступает на  локомотив и моторный вагон от внешних источников (от контактных тяговых проводов).

При электрической тяге мощность локомотивов не ограничена первичным двигателем, поэтому электровозы могут иметь большие мощности в сравнении с автономными локомотивами.

Рисунок 2.55 – Один из первых электровозов трехфазного  тока,  создан-

ный в 1892 г.

 

 Коэффициент полезного действия (КПД)  локомотивов, характеризующий степень использования тепла сгорания топлива для получения   полезной   работы  на   электротяге

при  питании  от  тепловых   электростанций,

составляет  25–26 %.  С  учетом  доли  гидро-

электростанций КПД  повышается до 32 %. КПД тепловозов составляет 29–31 %, а паровозов – 5–7 %.

По роду работы локомотивы подразделяются на грузовые  (мощные), пассажирские (скоростные) и маневровые.

На электрифицированных линиях для перевозки пассажиров в пригородном сообщении используются электропоезда, на неэлектрифицированных линиях – дизель-поезда и автомотрисы.

Все эксплуатируемые и строящиеся локомотивы  можно  к л а с с и ф и –

ц и р о в а т ь  по следующим признакам:

-   по роду службы (выполняемой работы) – грузовые (рисунок 2.56), пассажирские (рисунок 2.57) и маневровые (рисунок 2 .58);

-   по числу секций – одно-, двух- (сочлененные) и многосекционные (мотор-вагонные секции);

-   по типу передачи – с электрической, гидравлической, гидромеханической, механической и непосредственной передачами.

clip_image115Электрическая передача применяется в электровозах и в большинстве тепловозов; гидравлическая и гидромеханическая – в тепловозах; механическая – у маломощных тепловозов (мотовозов); непосредственная (кривошипно-шатунная) – у паровозов.

   Рисунок 2.56 Грузовой электровоз ВЛ80

 

 Применение на электровозах    и    тепловозах     тяговых

clip_image117  электродвигателей  дает    воз-можность использовать как индивидуальный, так и групповой привод. При индивидуальном приводе каждая движущая колесная пара соединена со своим тяговым двигателем зубчатой передачей. При групповом приводе движущие колесные пары, размещенные в одной жесткой раме, соединяются между собой промежуточными зубчатыми колесами.   

Рисунок 2.57 – Пассажирский

тепловоз ТЭП75

 

 Расположение колесных пар в экипаже,  род  привода  от  тяговых двигателей к колесным парам и способ передачи тягового усилия  принято выражать осевой характеристикой, в которой цифрами показывается

число колесных пар.

В формуле знак "–" означает, что

обе  тележки  несочленены    не связаны шарнирно, и тяговое усилие от движущих колесных пар  в  автосцепке локомотива передается через раму кузова. Знак "+" указывает, что тележки сочленены, и тяговое усилие передается через раму тележки. Если движущие колесные пары имеют индивидуальный привод,  то  к цифре, показывающей число осей, добавляется индекс "о".clip_image119

 

 

 

 
 

Рисунок 2.58 – Маневровый

тепловоз ТЭМ7

 

  


Электровоз ВЛ23 с характеристикой 3о + 3о представляет собой  локомотив с двумя  сочлененными  трехосными тележками  и  с   индивидуальным  приводом движущих колесных пар.

Тепловоз с осевой характеристикой  2(3о - 3о)    двухсекционный  локо-

мотив, каждая секция которого имеет две  трехосные  несочлененные тележки с индивидуальным приводом движущих колесных пар и может работать самостоятельно. Если же секции не могут  работать  самостоятельно, то осевая характеристика имеет вид 3о - 3о - 3о - 3о.

Под серией понимается локомотив одного и того же типа и  одинаковой конструкции.

     Для электровозов переменного (однофазного) тока установлена следующая  нумерация: четырехосные – от ВЛ40 до ВЛ59 (ВЛ – Владимир Ленин); шестиосные – от ВЛ60 до ВЛ79; восьмиосные – от ВЛ80 до ВЛ99.

     Электровозы постоянного тока  нумеруются: шестиосные – от ВЛ19 до ВЛ39; восьмиосные – от ВЛ8 до ВЛ18;

     Пассажирские электровозы чехословацкого производства на железных дорогах СНГ имеют  серию ЧС. Электровоз ЧС200 обеспечивает скорость 200 км/ч. Новый электровоз ЧС8 может вести поезда из 23 пассажирских вагонов на участке с подъемом 25 о/оо со скоростью 85 км/ч.

     Модернизированные электровозы имеют индекс "м" (ВЛ22м); электровозы с кремниевыми выпрямителями – индекс "к" (ВЛ60к); электровозы с рекуперативным торможением – индекс "р" (ВЛ60р); электровозы с реостатным торможением – индекс "т" (ВЛ80т).

Конструкционная скорость современных электровозов находится в диапазоне 100–220 км/ч. Максимальная скорость для всех электровозов серии ЧС на 20 км/ч меньше конструкционной. Мощность часового режима – от 3150 до 9700 кВт. (Мощность часового режима – это наибольшая развиваемая на валу тягового двигателя мощность, при которой машина может работать в течение часа, начиная от холодного состояния.)

Серии тепловозов с электрической передачей имеют буквенное обозначение ТЭ, а с гидравлической – ТГ. В буквенное обозначение  серий включают знак рода службы локомотива: П – пассажирский (ТЭП60), М – маневровый (ТГМ7). Цифра после букв соответствует нумерации выпуска. Например, тепловозам Коломенского завода присваивается номер от 50 до 99 (ТЭП60), тепловозам Харьковского завода – от 1 до 49 (ТЭ3, ТЭ10),   Луганского (Ворошиловградского) завода – от 100 до 150 (2ТЭ116) (отступление: 2ТЭ10В – Ворошиловград, 2ТЭ10Л – Луганск).

На железных дорогах СНГ эксплуатируются около 20 серий и модификаций электровозов и 25 серий и модификаций тепловозов. Одним из самых мощных является двухсекционный восьмиосный электровоз переменного тока ВЛ80р с плавным (бесступенчатым) регулированием скорости. По аналогичному принципу построен еще более мощный 12-осный электровоз ВЛ85р для работы на линиях, электрифицированных по системе однофазного переменного тока напряжением 25 кВ. Он состоит из двух шестиосных секций. Может водить поезда массой 6000 т и более. Мощность локомотива – 10000 кВт, конструкционная скорость – 110 км/ч.  В числе новых локомотивов грузовой электровоз ВЛ15 для вождения тяжеловесных поездов на линиях с напряжением 3000 В постоянного тока. Его мощность – 9000 кВт, конструкционная скорость – 110 км/ч. Среди тепловозов самый современный – 2ТЭ121 мощностью 5884 кВт с электрической передачей переменно-постоянного тока. Создан тепловоз 4ТЭ10С повышенной мощности для эксплуатации в суровых климатических условиях. Изготовлен тепловоз ТЭ126 для вождения грузовых поездов в условиях умеренного и холодного климата. На  Брянском  машиностроительном заводе (1988) выпущен маневровый  тепловоз  ТЭМ15  с уменьшенным расходом топлива.

Современные электровозы и тепловозы могут совершать пробег между экипировками в зависимости от массы поезда  и  профиля  пути  до 1200 км, а между техническими обслуживаниями – от 1200 до 2000 км.

Силы, действующие на поезд. На движущийся поезд действуют силы, разнообразные по величине, направлению и времени действия. Для удобства расчетов все внешние силы, оказывающие влияние на дви­жение поезда, объединяют в три группы и обозначают: F сила тяги; W силы сопротивления движе­нию; В – тормозные силы.

В тяговых расчетах пользуются либо полным значением этих сил, выраженным в кгс, либо их удель­ным значением, отнесенным к едини­це массы поезда (f, w, b).

Сила тяги создается двигателем локомотива во взаимодействии с рельсами, приложена к движущим колесам и всегда направлена в сторону движения поезда. Ее значе­ние регулируется в широких преде­лах машинистом, ведущим поезд.

Вращающий момент М двигателя (рисунок 2.59) создает пару сил F и f1, действующих на плече R, равном радиусу колеса по кругу катания. Эти силы стремятся вращать колесо вокруг его оси. Для получения пос­тупательного движения нужна внеш­няя сила, приложенная к движущим колёсам. Такой силой является гори­зонтальная реакция рельса f3, выз­ванная действием силы f1. Численно силы f2 и f1 между собой равны и направлены в противоположные стороны.

clip_image121 

 
 

Рисунок 2.59    Схема

образования силы тяги

 

 

 

 

 


Таким образом, сила реакции рельса f2 уравновесила силу f1 и тем самым освободила силу F для осуществления  поступательного движения локомотива. На практике силой  тяги локомотива принято   назы­вать  горизонтальную  реакцию  f2,

приложенную от рельсов к ободу движущих колес и направленную в сторону движения. Поскольку эта сила направлена по касательной к окружности колеса, она получила название касательной силы тяги. Для локомотива в целом касатель­ная сила тяги определяется как сум­ма касательных сил,  при-

ложенных ко всем движущим колесам локомо­тива, и обозначается fк.

С увеличением вращающего мо­мента, приложенного к колесам локо­мотива, возрастает и сила тяги, од­нако лишь до тех пор, пока она не достигнет предельной силы сцепле­ния колес с рельсами. При даль­нейшем увеличении вращающего мо­мента сцепление между колесами и рельсами нарушается и колеса на­чинают буксовать. Сила сцепления зависит от коэффициента сцепления Ψк и сцепной массы локомотива Рсц, т. е. от массы, приходящейся на движущие колесные пары. Наи­большая сила тяги локомотива, ко­торая может быть реализована по условиям сцепления колес с рельса­ми, составляет fк≤1000Ψк Рсц.

Коэффициент сцепления Ψк зависит от многих факторов, из кото­рых наиболее существенными явля­ются: род двигателя локомотива, скорость движения, состояние по­верхностей колес и рельсов, метеоро­логические условия. Применение пес­ка позволяет существенно увеличить коэффициент сцепления, а соответ­ственно и силу тяги локомотива. Расчетные значения коэффициента сцепления устанавливаются ПТР в зависимости от типа локомотива и скорости движения.

Значения силы тяги при различ­ных скоростях движения определяют по тяговым характеристикам локомо­тивов, которые составляют на основе данных, получаемых при тяговых ис­пытаниях. Эти характеристики изо­бражаются в виде диаграмм, опре­деляющих зависимость силы тяги fк от скорости движения v при различных режимах работы двига­телей. На эти диаграммы наносятся указанное ограничение силы тяги по сцеплению, а также другие огра­ничения силы тяги, связанные с осо­бенностями локомотивов.

 

 


Расчет массы грузовых поездов

 

На движущийся поезд действует много постоянных и переменных сил, разнообразных по величине и направлению: сила тяжести вагонов и локо­мотива, сила тяги локомотива, а также силы сопротивления движению в сцепных приборах, от взаимодействия колес с рельсами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, инерции и др. Под действием этих сил одно­временно с качением колес по рельсам имеет место виляние, галопирование, скольжение, наклон отдельных единиц подвижного состава в поезде.

Зависимость между равнодействующей названных сил и ускорением опи­сывается дифференциальным уравнением, называемым уравнением движения поезда.

При решении уравнения движения поезда из всех перемещений подвижно­го состава учитывают только поступательное и вращательное, например, якорей тяговых электродвигателей, зубчатых передач и колесных пар. Эти факторы определяют характер движения поезда.

При движении по участкам и в кривых изменяется сила сопротивления движению, а  в  режиме  торможения на  поезд  действует  еще  и  тормозная

сила.

В общем случае на движущийся поезд действует сила тяги локомотива Fк, суммарная сила основного и дополнительного сопротивления движению Wк   и тормозная сила Вт . Результирующая сил, приложенных к поезду,

 

                                        R = Fк ± Wк Вт.                                                (2.14)

 

Уравнение движения поезда, приведенное к 1 т его массы, имеет вид

 

clip_image123                                           (2.15) 

 

гдеξ  ускорение движения поезда от действия удельной силы 1 кгс/т (для эксплуатационных расчетовξ = 120 км/ч2; fк  - удельная касатель­ная сила тяги локомотива; wк  – общее удельное сопротивление движению поезда; bт  – удельная тормозная сила поезда от действия тормозных ко­лодок.

Для частных случаев основное уравнение движения (2.2) упрощается и для движения в режиме тяги с равномерной скоростью приобретает вид

 

bт = 0;    clip_image125;    fк = wк,                                           (2.16)

или 

                          Fк = Wк = clip_image127clip_image129                                  (2.17)

Откуда

                                    clip_image131                                                (2.18)

 

где Q и Р – соответственно масса состава и локомотива, т;clip_image133и clip_image135 – соответственно основное удельное сопротивление движению локомотивов и вагонов, кгс/т; ip – расчетный подъем (наиболее крутой и затяжной подъ­ем, который не может быть преодолен с использованием кинетической энер­гии поезда. Определяется с учетом дополнительного сопротивления от кри­вых, если они имеются на этом подъеме), ‰.

Устройство электровоза. Кузов электровоза (рисунок 2.60)служит для размещения в нем электрической аппаратуры и другого оборудования. Он опирается на тележки, на  которых установлены тяговые двигатели, по одному для каждой оси. С  помощью зубчатого привода вращающий момент от тяговых двигателей  передается колесным парам.

clip_image137Тележка электровоза состоит из рамы, колесных  пар  с  буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования.

   Рисунок 2.60 – Электровоз серии ВЛ85

 

 Применяется опорно-осевая и рамная подвески тяговых двигателей. Опорно-осевая подвеска вредно воздействует на путь, так  как  электродвигатель подрессорен только с одной стороны. На  локомотивах  с конструкционными скоростями свы-

ше   130 км/ч   применяют     рамную

подвеску тягового двигателя. При этом двигатель расположен над  осью  колесной пары и прикреплен к раме тележки, но здесь усложняется передача усилия от вала двигателя к колесной паре. Расположение основного оборудования на кузове электровоза приведено на рисунке 2.61.

     Передача электроэнергии от контактного провода к  силовой  цепи электровоза осуществляется с помощью токоприемника (пантографа).

      Электрическое оборудование электровозов. В качестве тяговых двигателей на электровозах постоянного  тока в основном применяют двигатели с 

Рисунок 2.61 – Расположение основного оборудования на кузове электровоза переменного тока: 1 – пульт управления;  2 – кабина машиниста; 3 – токоприемник; 4 – аппараты управления: 5, 7 – выпрямительные установки;  6 – трансформатор с переключателем ступеней; 8 – блок системы охлаждения; 9 – распределительный щит;   10    мотор-компрессор;    11     межсекционное соединение

 

 

 

 clip_image139

 

 

последовательным  возбуждением  с номинальным U = 1500 В. Основным аппаратом  управления  электровоза является контроллер машиниста. Главная рукоятка контроллера  служит для переключения тяговых электродвигателей с одной  схемы  соединения на другую и изменения пусковых соединений.  С помощью  реверсивной   рукоятки  изменяется  направление   движения  электровоза.  Вспомогательные    машины – мотор-вентиляторы,    мотор-компрессоры, мотор-гене-ратор и генератор тока управления,  аккумуляторные  батареи (резервный источник питания цепей управления).

Рисунок 2.56 – Принципиальное устройство электровоза

 

 При постоянном токе напряжение контактной сети U = 3000 В.  При переменном токе U = 25000 В  и  частота  50 Гц.  При  этом  электровоз оборудуется понижающим трансформатором и выпрямительной установкой.

В местах стыкования однофазного напряжения  25000 В и  постоянного U = 3000 В  применяют  электровозы  с  двойным  питанием  (ВЛ82, ВЛ82м).

 

 


Устройство тепловоза  

 

 История  создания тепловоза такова. 20 декабря 1921 года в газете "Известия" была напечатана статья А. Белякова "Новые пути оживления железнодорожного транспорта", в которой говорилось о "грузовиках, поставленных на рельсы". Статью прочел В. И. Ленин и предугадал в "грузовике на рельсах" новый тип локомотива. По инициативе Ленина Совет Труда и Обороны 4 января 1922 года принимает постановление о разработке проектов и строительстве тепловозов. Вскоре было утверждено бюро по постройке тепловозов, которое возглавил Я. М. Гаккель.

Проектирование тепловоза началось в декабре 1922 года. Строился первый отечественный тепловоз в Ленинграде на Балтийском судостроительном заводе. Ходовую часть для тепловоза поставил завод "Красный путиловец", а тяговые электродвигатели – завод "Электрик".

Не прошло и двух лет, как уникальная машина была готова. 5 августа 1924 года тепловоз вышел из ворот Балтийского судостроительного завода. А 7 ноября 1924 года первый в мире магистральный тепловоз мощностью 1000 лошадиных сил с электрической передачей совершил свой первый рейс по Октябрьской железной дороге от Ленинграда до станции Обухово и обратно.

Вот что сообщала по этому поводу газета "Вечерняя Москва": "На Октябрьской железной дороге была произведена первая проба тепловоза Гаккеля. Тепловоз быстро и плавно брал с места. Предполагается, что тепловоз сможет поднять до 80 000 пудов".

Постройка такого тепловоза была выдающейся победой. Весь мир был удивлен "металлическим чудом", которое сотворили советские люди в невероятно тяжелые 20-е годы, не имея ни опыта, ни специальной технической базы. Советский Союз стал родиной магистральных тепловозов.

clip_image141 Тепловоз (рисунок 2.62) состоит из следующих основных частей: экипажа (рама, тележки, колесные пары с  буксами, рессорное подвешивание), кузова,  первичного  двигателя  (дизеля),   передачи, вспомогательного оборудования (топливная система,   система   смазки,  охлаждения  и т. д.).

Рисунок 2. 62 – Магистральный тепловоз 2ТЭ116

 

 У большинства тепловозов рама опирается на две трехосные тележки через восемь боковых опор. В средней части главной рамы

 

 расположена   дизель-генераторная установка.   На  главной  раме  размещаются кабина, кузов, силовое и вспомогательное оборудование тепловоза.

Виды передач, применяемых на тяговом подвижном составе. Наиболее распространенной является электрическая передача, при которой усилие создается тяговым электродвигателем, соединенным шестеренчатой передачей с тяговой колесной парой. Такая передача используется на электроподвижном составе и в большинстве тепловозов. Коленчатый вал дизеля тепловоза вращает якорь тягового генератора, который вырабатывает электрический ток, поступающий в тяговые двигатели. Кроме того, тяговый генератор, питаясь от аккумуляторной батареи, работает в качестве электродвигателя при запуске дизеля.

Механическая передача  подобна автомобильной и состоит из шестеренчатой коробки передач (скоростей), реверсивного устройства и муфты сцепления. Однако при переключении скоростей возникает  резкое падение и возрастание силы тяги, что вызывает рывки в  составе. Поэтому такая передача используется лишь в мотовозах,  автомотрисах и дизельных поездах сравнительно небольшой мощности.

Гидравлическая передача (рисунок 2.63)не имеет недостатков, присущих механической передаче, она дешевле и проще электрической. Основными элементами гидравлической передачи являются гидротрансформаторы и гидромуфты.

Принцип   работы   гидропередачиаключается в следующем. Вал 1 центробежного насоса 2 соединен с валом ведущего двигате­ля. При работе двигателя насос засасывает жидкость по трубе 10 из камеры 9 и подает ее через направ­ляющий аппарат по трубе 3 к турби­не 4, вал 5 которой связан с при­водным механизмом. Жидкость из турбины по трубе 6 попадает в ка­меру 7, которая соединена с всасы­вающей камерой 9 трубой 8. Из ка­меры 9 жидкость снова засасывается центробежным насосом и повторяет описанный выше путь. В гидромуф­те или гидротрансформаторе насос­ное колесо получает вращение от ва­ла дизеля, а турбинное колесо вра­щается за счет энергии потока рабо­чей жидкости, нагнетаемой рабочим колесом.

Локомотивное хозяйство обеспечивает перевозочную работу железных дорог тяговыми средствами и содержание этих средств в соответствии с техническими требованиями. К сооружениям и устройствам этого хозяйства относятся основные локомотивные депо, специализированные мастерские по ремонту отдельных узлов локомотивов, пункты технического обслуживания, экипировки локомотивов и смены бригад, базы запаса локомотивов. Под экипировкой понимают комплекс операций по снабжению их топливом, водой, песком, смазкой, обтирочными материалами, связанных с подготовкой локомотивов к работе.

Локомотивные депо это основные производственные единицы локомотивного хозяйства Их сооружают на участковых, сортировочных и пассажирских станциях, выбираемых на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. Депо, имеющие приписной парк локомотивов для обслуживания грузовых или пассажирских поездов, локомотивные здания, мастерские и другие технические средства для производства текущего ремонта, технического обслуживания и экипировки, называются основными.

Наряду с ними в целях совершенствования организации ремонта и лучшего использования производственных мощностей на дорогах создают и ремонтные базы–депо, специализированные по видам ремонта и типам локомотивов.  Например, подъемочный ремонт может быть сосредоточен в наиболее крупных и оснащенных депо при освобождении от этого вида ремонта остальных депо. Такие крупные ремонтные базы могут не иметь приписного парка локомотивов.

По виду тяги различают тепловозные, электровозные, мотор-вагонные, дизельные и смешанные депо. В крупных железнодорожных узлах со специализированными стан­циями (пассажирскими и сортиро­вочными) предусматривают от­дельные локомотивные депо для гру­зовых и пассажирских локомотивов.

В пунктах оборота локомотивы находятся в ожидании поездов для обратного следования с ними. За это время, как правило, производит­ся их техническое обслуживание, совмещаемое с экипировкой.

Пункты смены бригад предусмат­ривают преимущественно на участ­ковых станциях и размещают исходя из условия обеспечения нормальной продолжительности работы бригад.

Пункты экипировки располагают на деповской территории. Иногда экипировочные устройства разме­щают непосредственно на приемо-отправочных путях для производства операций без отцепки локомотива от поезда.

Пункты технического обслужива­ния локомотивов размещают как в локомотивных депо, так и в пунктах оборота и экипировки локомотивов.

Размещение и техническое осна­щение локомотивных депо, пунктов технического обслуживания локомо­тивов, мастерских, экипировочных устройств и других сооружений и устройств локомотивного хозяйства должны обеспечивать установленные размеры движения поездов, эффек­тивное использование локомотивов, высокое качество их технического обслуживания и ремонта, высокую производительность труда.

Все локомотивы, приписанные к дороге или депо и состоящие на их балансе, составляют так называемый инвентарный парк, который подраз­деляется на эксплуатируемый и не­эксплуатируемый. Эксплуатируемый парк состоит из локомотивов, нахо­дящихся в работе, в процессе эки­пировки, технического обслужива­ния, приемки и сдачи, а также в ожидании работы. Неэксплуатиру­емый парк составляют локомотивы, находящиеся в ремонте и резерве.

 

 

 


Вагоны и вагонное хозяйство

 

Вагоном называют единицу  подвижного  состава,  предназначенную для перевозки пассажиров и грузов.

clip_image143Вагон появился тогда, когда люди, использовав колеса, стали конструировать первые транспортные средства. Это были простые тележки– четыре деревянных колеса да деревянный же кузов-ящик сверху.

Рисунок 2.64 – Колесный экипаж – "предшественник  пассажирского вагона" в состав первых поездов не включался, а устанавливался    на платформу 

 

 Пассажирский железнодорожный вагон создан на основе экипажей (рисунки 2.64–2.66), в которых люди ездили по безрельсовым сухопутным дорогам. Эти экипажи уже имели все основные элементы  конструкции  современного

вагона: кузов с окнами, колеса, рессоры.  В  сос-

таве  первых  поездов  вагоны   для   пассажиров

еще именовались  каретами.   В  зависимости  от

совершенства устройства и   удобства  езды  они

носили названия    и   других   экипажей: простые открытые повозки – шарабаны; более благоустроенные – дилижансы;  красиво отделанные удобные – берлины, линейки с мягкими сиденьями. clip_image145 Словом, "предки" современных пассажирских вагонов отличались большим разнообразием.           

Рисунок 2.65  – Старинный пассажирский вагон II класса линии Стоктон–Дарлингтон

 

 Собственно вагонами (от английского "waggon" – повозка) называли грузовые вагоны – открытые бункерного типа или платформы для других "неответственных" товаров.

Рисунок 2.66  – Пассажирский вагон I класса линии Ливерпуль – Манчестер

 

 clip_image147В "Реестре имущества" первой русской дороги общего пользования (Царскосельской) на 1 сентября 1837 года слово вагон впервые упоминается официально. В документе говорится о "восьми вагонах и пяти шарабанках отечественной выделки". По этим данным в состав поезда включалась "повозка с трубной машиной, две берлины, два дилижанса,  два вагона,  два  шара-

бана, повозка  длиной 15 метров,   предназначен-

ная для строевого леса, на которой были предусмотрены и сидячие места для 100 пассажиров".

clip_image149В зависимости от назначения  вагоны объединены в пассажирский и грузовой парки.

Рисунок 2.67 – Почтовый вагон первых Русских железных дорог

 

 Пассажирский парк составляют вагоны для перевозки пассажиров, а также вагоны-рестораны, почтовые (рисунок 2.67), багажные и специального назначения (служебные, путеиз-

мерительные, вагоны-лаборатории,

вагоны-клубы и   др.).

clip_image151Пассажирские вагоны  (рисунок 2.68) бывают дальнего, пригородного и межобластного сообщения (для перевозки пассажиров на расстояние 200–700 км преимущественно в дневное время).

Рисунок 2.68 – Современный пассажирский     вагон

 

 

 Вагоны дальнего следования подразделяют на жесткие, мягко-жесткие, мягкие и спальные (СВ), а  по  планировке    на   купейные

(два или четыре  места  в   купе)  и

некупейные. В вагонах межобластного сообщения   мягкие     кресла расположены в общем пассажирском салоне.

    Пассажирские вагоны оборудуются системой отопления, водоснабжения, вентиляции и освещения, а также другими устройствами,  обеспечивающими необходимые удобства для пассажиров. Все пассажирские вагоны четырехосные.

clip_image153Грузовой парк составляют крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны, изотермические, вагоны для перевозки легковых автомобилей, вагоны-хопперы, транспортеры (12–32–осные, грузоподъемностью до 500 т), передвижные мастерские, контрольно-весовые платформы, а также вагоны, приспособленные для технических и бытовых нужд железных дорог, которые в зависимости от перевозимых грузов отличаются устройством кузова.

Рисунок 2.69  – Крытый вагон

 

 Крытые вагоны (рисунок 2.69) предназначены для  перевозки  разнооб-

разных грузов, их сохранности и защиты от атмосферных воздействий.

Думпкар – вагон-самосвал (рисунок 2.70), так можно перевести это слово с английского языка. Такие вагоны очень удобны для перевозки сыпучих грузов – угля, песка, щебня. От других грузовых вагонов этот отличается тем, что имеет особый кузов. Он может наклоняться, а его борта при этом откидываются. Груз быстро самотеком выгружается из такого кузова. Думпкары используются на магистральных железных дорогах, на рудниках, в угольных разрезах.

   Рисунок 2.70 – Вагон-думпкар

 

 clip_image155На платформах  (рисунок 2.71) перевозят длинномерные,  громоздкие  и  тяжеловесные грузы. Платформы строят с невысокими откидными

металлическими бортами, приспособленными для установки стоек, необходимых при перевозке бревен, столбов, досок и т. п.

Полувагоны (рисунок 2.72) служат в основном для перевозки массовых, навалочных, сыпучих грузов (руда, гравий, кокс, щебень,  уголь  и  др.).   Разновидно-

 
 

Рисунок 2.71 – Четырехосная платформа с цельнометаллическими бортами: 1 – боковой откидной борт; 2 – ограничители бортов; 3 –  торцовых откидной борт 

 

  

 


clip_image157

 

 

 

стью  полувагонов  являются  вагоны-хоп-

перы для  перевозки  сыпучих и  пылевидных грузов.

clip_image159 Хоппер (рисунок 2.73) имеет  высокие  боковые стенки, а для перевозки цемента – и крышу. Торцевые стены его  наклонены к середине вагона, где расположены разгрузочные люки.

    Жидкие грузы перевозят в цистернах (рисунок 2.74). В зависимости от перевозимых грузов цистерны могут быть разделены на две группы:

·  общего назначения – для перевоз-

Рисунок 2.72 – Восьмиосный полувагон грузоподъемностью 125 т: 1- кузов; 2 – автосцепка; 3 – двухосная тележка; 4 – тормозной цилиндр; 5 – рама кузова 

 

 ки широкой номенклатуры нефтепро-

дуктов;

·  специальные – для перевозки от-

дельных видов грузов.

  Цистерны общего назначения в свою очередь могут подразделяться на цистерны для перевозки   светлых   (бензин и т. д.)   и  темных (нефть, минеральные масла и т. п.) нефтепродуктов.

clip_image161 

Рисунок 2.73  – Хоппер-дозатор

ЦНИИ-ДВЗ

 

 Ввиду повышенной огнеопасности светлых нефтепродуктов и ненадежной герметичности нижних сливных приборов  цистерны  для  перевозки этих грузов оборудуют устройствами верхнего  слива  (колпаками).  В цистернах для темных нефтепродуктов  предусмотрены  нижние  сливные  приборы.  Внутренняя  по-

верхность  цистерн   для   перевозки

кислот   покрыта   защитным   слоем

(резиной, свинцом), предохраняющим металл от  действия кислот. В этих же целях котлы цистерн изготовляют  из  кислотоупорных металлов, нержавеющей стали, алюминия.

Цистерны для перевозки молока делают из нержавеющей стали, покрытой снаружи слоем тепловой изоляции.

clip_image163

 
 

 Рисунок 2.74 – Восьмиосная цистерна

 

  

 

 

 


 Вязкие нефтепродукты перевозят в цистернах,  оборудованных  паровой

рубашкой для разогрева груза при выгрузке.

clip_image165 

Рисунок 2.75  – Изотермический вагон

 

  Скоропортящиеся грузы доставляют в изотермических вагонах (рисунок 2.75).  Для поддержания внутри вагонов  необходимой  температуры  их  оборудуют приборами охлаждения и отопления, а кузова имеют тепловую изоляцию. Изотермические вагоны соединяются в рефрижераторные поезда  или секции по 21, 12, 5 единиц.

Вагоны специального назначения пред-

clip_image167назначаются  для  грузов, требующих особых условий перевозки. К  ним относят транспортеры – многоосные платформы (рисунок 2.76), вагоны для перевозки скота, живой рыбы, битума, легковых автомобилей и вагоны, предназначенные для технических и бытовых нужд железных дорог.

Для перевозки различных грузов используют контейнеры (деревянные или металлические)  с  массой  брутто  3, 5, 10,  20   и   более  тонн   (рисунок 2.77).

Рисунок 2.76  – Вагон-транспортер

 

 clip_image169 

Рисунок 2.77 – Контейнер

 

 Контейнеризация – один из важнейших  способов  ускорения  перевозочного

  процесса, снижения транспортных издержек и повышения качества обслу­живания грузоотправителей. Для перевозки большегрузных контейнеров ис­пользуется специализированный подвижной состав – платформы с  удлинен­ной  базой грузоподъемностью 60 т.

Рисунок 2.77 – Крупнотоннажные контейнеры на специальной

длиннобазной платформе

 

 

 

 Специальные контейнеры большой грузоподъемности, приспособленные для подкатки под них автомобильных шасси, называют контрейлерами. 

На вагон наносятся следующие четкие

 

знаки  и  надписи:  дорога – собственница вагона (например, БЧ – Беларуская чыгунка), время и место постройки, а также производства установленных видов ремонта, ревизии букс и тормозов; номер вагона, тара, грузоподъемность на грузовых вагонах, а на пассажирских – число мест. Номер вагона состоит из 8 цифр: первая обозначает род вагона; 0 –пассажирские, 2 – крытые, 4 – платформы,    6 – полувагоны, 7 – цистерны, 8 – рефрижератор,  9 – прочие. Вторая и третья цифры кодируют другие технические характеристики, четвертая, пятая, шестая и седьмая – порядковый  номер  вагона, восьмая – контрольный знак. Каждый вагон должен иметь символ на принадлежность его тому или иному государству.

Основными параметрами для технико-экономической оценки конструкции и эксплуатационных особенностей вагонов являются: грузоподъемность, тара, удельный объем кузова, число осей, удельная площадь пола, коэффициент тары, давление от колесной пары на рельсы, давление на 1 м пути.

По числу осей вагоны бывают 4-, 6-, 8- и многоосные. С осностью связана грузоподъемность – наибольшая масса  груза,  которая может быть перевезена по условиям прочности конструкции вагона. Четырехосные вагоны имеют грузоподъемность  60 – 65, а восьмиосные – до 125 т.

    Сумма грузоподъемности вагона (нетто)  и  его  тара  составляет массу вагона (брутто).

    Коэффициент тары (кт )показывает ту часть массы тары (Т) вагона, которая приходится на каждую тонну его грузоподъемности (Р).

 

                                                          кт = Т / Р.                                               (2.19)

 

Чем меньше кт, тем вагон экономичнее. Для пассажирских вагонов коэффициент тары определяется как отношение тары вагона к числу мест.

Показателями  вместимости  вагона  являются  удельный объем кузова (vу ), а для  платформ – удельная площадь пола (fу).

 

                                                vу = V / P   и    fу = F / P.                                  (2.20)

 

Допускаемая нагрузка определяется прочностью искусственных сооружений и для основных типов вагонов она равна 88  кН/1 м  и  228 кН/1 ось.

Основные элементы вагона. Вагон состоит из ходовых частей, рамы вагона, кузова,  ударно-тяговых приборов, тормозного оборудования.

Автосцепка (рисунок 2.78) соединяет вагоны при их соударении, обеспечивая полную безопасность для составителя поездов, так как при этом он не заходит в пространство между вагонами. Введение автосцепки на отечественных железных дорогах началось в 30-е годы. На современных дорогах курсируют поезда, все вагоны которых оборудованы автосцепкой.

clip_image171Автосцепка служит не только для сцепления вагонов, но и выполняет

Рисунок 2.78 – Устройство автосцепки

 

 роль буфера, воспринимающего на себя удары, которые возникают при встрече одного вагона с другим. С применением автосцепки стало возможным водить поезда массой 8–10 тысяч тонн и более. Машинист теперь уверен – автосцепка не подведет, не потеряет он вагоны в пути. Почти 300 т – такое усилие на разрыв выдерживает автосцепка. Это почти в 5 раз больше усилия, которое может быть у самого мощного локомотива.

 

 

Перемещаясь от станции к станции, поезду приходится иногда снижать скорость, а то и останавливаться.  Для  этого  локомо тивы и вагоны оборудуют тормозами. Посмотрите на колеса локомотивов или вагонов и вы увидите  возле  каждого из них металлические отливки. Это тормозные колодки. Раньше колодку делали из чугуна, и случалось, что ее хватало всего на 2–3 поездки. Сейчас тормозные колодки делают композиционными, то есть из двух частей: стального тыльника и тормозящей части из специального материала. Такие колодки и служат значительно дольше и в 3 раза легче чугунных. Чтобы затормозить поезд, надо лишь повернуть кран машиниста, находящийся на пульте управления локомотивом. Тотчас же сжатый воздух откроет клапаны и поступит из специальных резервуаров, которые находятся под вагонами, в тормозные цилиндры, переместит поршни и через систему рычагов с большой силой прижмет колодки к вращающимся колесам. Если надо, чтобы поезд остановился, машинист подольше подержит открытым вход в цилиндр и впустит в него больше воздуха. Если же нужно лишь притормозить поезд, чтобы он снизил скорость, машинист впустит в цилиндр поменьше воздуха.

Как только необходимость в торможении отпала, машинист перекрывает доступ воздуха в тормозные цилиндры, и пружины, находящиеся в цилиндрах, заставляют тормозные колодки отпустить колеса. Поезд может продолжать путь.

Такие тормоза называют пневматическими (рисунок 2.79), потому что и управление ими и торможение осуществляются сжатым воздухом. Пневматические тормоза хороши, но имеют один недостаток: вагоны состава затормаживаются последовательно, по мере того как сжатый воздух, перемещаясь от локомотива по воздухопроводу, открывает клапаны. Так как скорость движения сжатого воздуха сравнительно невелика, то проходит довольно значительное время, прежде чем "тормозная волна" дойдет до последних вагонов и затормозит их.

clip_image173Этот недостаток стал особенно ощутим с введением электрической и тепловозной тяги, когда длина состава поездов, особенно грузовых, увеличилась. Следовательно, и путь прохождения "тормозной волны" значительно возрос.

Рисунок 2.79 – Принцип действия

пневматических тормозов

 

 Для устранения указанного недостатка создали электропневматический тормоз, в котором, как и в пневматическом, для торможения используется сжатый воздух. Но  управляет работой такого тормоза электрический ток.

 

  Проходя  от  вагона  к вагону  со  скоростью   300 тысяч метров в секунду, он мгновенно открывает клапаны, и все вагоны затормаживаются одновременно, каким бы длинным ни был состав. А это очень важно: сокращается тормозной путь, то есть путь, проходимый поездом от начала торможения до полной его остановки; в составе не возникает усилий, стремящихся разорвать или сжать поезд. Машинисты могут водить длинносоставные поезда с более высокими скоростями, не опасаясь, что тормозной путь окажется недостаточным.

На железнодорожном подвижном составе применяются следующие  виды торможения:

·  фрикционное  (ручного  или  пневматического  действия),   использующее силу трения тормозных  колодок,  прижимаемых  к  ободьям вращающихся колес, или специального диска, посаженного на  ось  колесной пары;

·  реверсивное (электрическое), которое может быть рекуперативным,  когда электроэнергия, выработанная двигателями электровоза, возвращается  в контактную сеть, или реостатным,  когда  энергия  поглощается  специальными сопротивлениями;

·  электромагнитное, основанное на принципе воздействия электромагнитных устройств на рельсы (для скорых поездов).

    Основным видом торможения является фрикционное пневматическое.

    Тормоза называются  прямодействующими,  если  источник  сжатого воздуха, имеющийся на  локомотиве (компрессор,  главный  резервуар),  при торможении сообщается с запасными резервуарами и тормозными цилиндрами вагонов.

    Вагонное хозяйство. Оно предназначено для обеспечения  перевозки пассажиров и грузов, содержания вагонов в  исправном  состоянии, подготовки их к перевозкам, обслуживания пассажирских вагонов в пути следования. Важнейшим требованием при этом является  обеспечение безопасности движения и сохранности перевозимых грузов.

    Система технического обслуживания предусматривает:

·  техническое обслуживание (ТО) грузовых вагонов, находящихся в составах или транзитных поездах, а также порожних при подготовке  к погрузке и т. д.;

·  текущий ремонт (ТР-1) порожних вагонов на  специализированных ремонтных путях;

·  текущий ремонт (ТР-2) вагонов с отцепкой от поездов для  ликвидации  неисправностей,  которые  невозможно  устранить  за  время стоянки поезда на станции;

·  деповской ремонт (ДР) в вагонном депо;

·  капитальный ремонт (КР-1) и (КР-2), выполняемый на  вагоноремонтном заводе.

     Обслуживание и ремонт вагонов производятся на вагоноремонтных заводах, в вагонных депо, пунктах подготовки вагонов к  перевозкам, пунктах технического обслуживания вагонов, пунктах  контрольно-технического обслуживания вагонов, механизированных  пунктах  текущего отцепочного ремонта вагонов, пунктах опробования  тормозов,  постах безопасности, контрольных постах, вагоноколесных мастерских, перестановочных пунктах, контейнерных депо и мастерских и т. д.

 

 

 


Электрификация 

 

 

 

Развитие электрической тяги неразрывно связано с развитием учения об электричестве. Возникновению электротехники предшествовал длитель­ный период накопления знаний о природе электричества и магнетизма. Исследо­ваниями явления электричества активно занимались такие великие ученые, как    М.  В. Ломоносов    (1711–1765 гг.),    Г.  В.  Рихман   (1711–1753 гг.), Б. Франклин (1706–1790 гг.), Ш. Кулон (1736–1806 гг.) и др.

М. В. Ломоносов, продолжая работы Р. Бойля и Д. Бернулли, глубоко изучал сущность и природу электрических явлений. Громад­ное значение для прогресса учения об электрических и магнитных явлениях имело установление М. В. Ломоносовым закона сохранения энергии, положив­шего начало учению об энергетике, объединившего в единый комплекс такие различные виды энергии, как механическая, электрическая, тепловая и др.

Б. Франклин, наряду с проблемами метео­рологии, широко известен своими работами в области взаимодействия электри­ческих зарядов. Он дал ясную картину электризации тел, основываясь на представлении электрической материи как частиц крайне малых, которые прони­зывают любое вещество, не испытывая при этом заметного сопротивления. В наши дни мы эти частицы называем электронами. Он ввел обозначения "+" и "–" для электродов различной полярности. Франклин предложил такие устройства, как молниеотвод, "электри­ческое колесо", использовал электрическую искру для взрыва пороха и др. После работ Франклина наиболее крупным этапом развития науки об электричестве был переход к количественному описанию электрических явлений. Это было впервые сделано Ш. Кулоном в 1785 г. Он сформулировал закон взаимо­действия электрических зарядов и магнитных полюсов, показал, что электри­ческие заряды располагаются всегда на поверхности проводника и т. п.

Началом новой эпохи в изучении электрических явлений явилась дискуссия о природе электричества, возникшая между Л. Гальвани и А. Вольта, получившая широкий резонанс в ученом мире.

Л. Гальвани (1737–1798 гг.), основатель учения об электрофизиологии, преподавая медицину в Болонском университете, обратил внимание на то, что мышца лягушки сокращается при присоединении ее к двум разным металлам. Он назвал это явление "живым" электричеством. В 1791 г. А. Воль­та (1745–1827 гг.), профессор университета в Павии, начал изучать явления "живого" электричества, открытого Гальвани. Однако Вольта убедился на опытах, что никакого "живого" электричества не существует. Он первым понял, что Гальвани открыл новый источник электричества – электрохимический элемент. Истинный источник электричества – контакт разнородных металлов, на­пример серебра и цинка. Поэтому он предложил название "металлическое" электричество.

Однако оба исследователя были правы. Теперь мы знаем, что существует электричество статическое, обусловленное взаимодействием покоящихся на поверхности проводников электрических зарядов, и электричест­во, обусловленное взаимодействием различных металлов.  Отсюда получили свое название, например, "гальванический" ток, полу­чаемый от электрических батарей, приборы гальванометры, "вольтов столб", составленный из гальванических элементов, и т. п. В таких элементах источ­ником энергии, поддерживающей прохождение тока в электрической цепи, являются происходящие при этом химические превращения в элементах.

Именем Вольты была названа электрическая дуга, которую сам Вольта не получал и даже не видел. Честь открытия электрической дуги принадлежит В. В. Петрову (1761–1834 гг.), профессору Петербургской медико-хирургической академии, впоследствии академику Петербургской Академии Наук (1802 г.),  научные труды которого, опережая время, остались малоизвестными. В начале 1802 г. он получил электрическую дугу между двумя углями на расстоянии от 2,5 до 7,5 мм. Его батарея превосходила все известные к тому времени:  1700 элементов, расположенных в деревянных ящиках длиной 12 м, изолирован­ных воском. Именно он впервые применил наряду с последовательным и парал­лельное соединение элементов. Теперь это кажется простым, но надо помнить, что в то время еще не были известны ни закон Ампера, ни закон Ома и т. д.

С именем М. Фарадея (1791–1867 гг.) связано установление многих зако­нов электротехники. Он ввел понятие электрического и магнитного полей, уста­новил связь между ними, открыл явление индукции, лежащее теперь в основе электротехники. Продолжая и развивая работы Фарадея, Д. Максвелл (1831–1879 гг.) разра­ботал классическую теорию электрических и магнитных полей.

Трудно переоценить научный вклад отечественных и зарубежных ученых того времени в развитие науки об электричестве.

Одновременно с изучением природы электрического тока шло совершенствование способов его получения. Примитивные гальванические батареи были посте­пенно заменены электрическими динамомашинами. Наряду с постоянным током, получаемым от гальванических батарей, появился однофазный переменный ток, вырабатываемый электромагнитными генераторами, а затем и трехфазный.

Все эти достижения относятся ко второй половине XIX в., когда быстро развивающаяся промышленность требовала все больше энергии. Снабжение заводов и фабрик энергией от паровых и гидравлических двигателей с помощью ременных и канатных передач уже не удовлетворяло запросов промышленности, поэтому начались поиски и разработки, во-первых, источников энергии, работающих на новых принципах, и, во-вторых, поиски практических путей передачи этой энергии на большие расстояния, так как сооружать электрические станции было выгодным не в местах потребления вырабатываемой ими энергии, а в районах добычи топлива, обычно далеко отстоящих от промышленных центров.

Характерной чертой технического прогресса в конце XIX – начале XX в. яви­лось быстрое развитие электротехнической промышленности.

 

 


Первые опыты в области электрической тяги

 

В начале XIX в. предпринимались неоднократные попытки использовать электри­ческую энергию для совершения механической работы. Наибо­лее выдающимися из них были опыты Б. С. Якоби (1834 г.). Он применил созданный им электрический двигатель для пере­мещения лодки по реке Неве. В этом двигателе впервые было использовано вращательное движение якоря вместо поступатель­ного, которое ранее применяли в макетах двигателей того времени, но оно не обеспечивало непрерывного движения. Вращение якоря с помощью рычажной передачи, изобретенной Якоби, преобразо­вывалось во вращение винта, установленного на корме. Двигатель питался от гальванических элементов, установленных в лодке: мощность его не превышала 0,5 л. с. (368 Вт), лодка двигалась против течения со скоростью 4 версты в час. Опыты Б. С. Якоби имели принципиальное значение для создания в дальнейшем автономных видов электрической тяги.

Почти одновременно в США Т. Давенпорт, Беккер и Стратинг в Германии, Ботто в Турине проводили опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1838 г. Р. Давидсон, используя принцип Давенпорта, совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 т на участке железной дороги Глазго – Эдинбург. В 1845 г. профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон – Бладенсбург. При опытных поездках локомотив достиг скорости 30 км/ч.

Э. X. Ленц и Б. С. Якоби установили принцип обратимости электрических и магнитных явлений, согласно которому электри­ческая машина будет работать двигателем, т. е. создавать вра­щающий момент, если подводить к ней электрический ток, и генератором, вырабатывающим электрический ток, если приво­дить ее во вращение.  Этот принцип позволил англичанину Лэдду в 1867 г. создать самовозбуждающийся генератор – прототип современных машин постоянного тока.

В 1877 г. бельгийский физик З. Грамм построил генератор переменного тока, а М. О. Доливо-Добровольский в 1889 г. создал первый в мире трехфазный асинхронный двигатель.

Одновременно с созданием мощных электрических двигателей, необходимых для тяги, изучалась возможность питания подвиж­ного состава от стационарных генераторов, расположенных на электрических станциях.

Решение этой проблемы было настолько трудным, что некото­рые инженеры искали его в другом направлении, предлагали использовать паровую машину паровоза для выработки электри­ческой энергии, которой бы питались его тяговые двигатели. Так, в 1893 г. во Франции появился первый паровоз с электри­ческой передачей. На нем были установлены обычный котел и паровая машина, вращающая генератор, от которого питались восемь тяговых двигателей общей мощностью 300 кВт. Двигатели имели тяговую упругую передачу и полый вал. Однако из-за сложности конструкции и малой экономичности такая система автономной тяги развития не получила.

Первые опыты по передаче электрической энергии на значи­тельное расстояние были проведены в 1875–1876 гг. инженером Ф. А. Пироцким, который в 1876 г. практически решил проблему питания электрического двигателя, установленного на вагоне, использовав для этого участок конной железной дороги в Петер­бурге. Двигатель, подвешенный к вагону снизу, имел двухступен­чатую зубчатую передачу. Напряжение к нему подводилось по рельсам, из которых один служил прямым проводом, другой – обратным. Рельсы были изолированы один от другого, а для изоляции от шпал под их подошву укладывалось просмолен­ное полотно. Развитию электрической тяги способствовала демонстрация в 1891 г. М. О. Доливо-Добровольским первой в мире электропередачи трехфазного тока высокого напряжения на расстояние около 170 км.

Первая электрическая железная до­рога демонстрировалась в 1879 г. фирмой "Siemens und Halske" на промышленной выставке в Берлине. Электровоз мощностью 2,2 кВт, получав­ший питание с напряжением 150 В от специального третьего рельса, пере­возил три вагончика с 18 пассажи­рами. Этот принцип передачи энергии наряду с подводом ее при помощи контактного провода существует и до сих пор, в частности на метрополитенах.

В 1880 г. в Петербурге инже­нер Ф. А. Пироцкий оборудовал 40-местный вагон конно-железной до­роги электродвигателем мощностью 2,95 кВт и проводил опытные поезд­ки.

Электрическая тяга оказалась очень эффективной. Вскоре во многих городах мира появились электрические локомотивы на магистральных и пригородных железных дорогах многих стран.

Первой в мире в 1895 году была электрифицирована железная дорога Балти­мор – Огайо (США) протяженностью 115 км.

В 1924 году начались разработка проекта и  одновременно монтаж обору­дования и контактной сети на 19-километровом участке Баку Сабунчи Сураханы. Руко­водил этой стройкой, как и про­ектированием, известный спе­циалист в области электрифи­кации и энергетики Владимир Александрович Радциг. И уже 6 июля 1926 года в торжествен­ной обстановке было открыто движение электропоездов на участке Баку Сабунчи – Сураханы (19 км). Этот участок сначала работал на постоянном токе напряжением 1,2 кВ.Прав­да, тогда он ещё не входил в со­став Наркомата путей сообще­ния, а был в ведении нефтепромысловиков Азербайджана.

На первом этапе планировалась электрификация пригородного сообщения крупных городов и участков, лимитировавших пропуск­ную способность дорог (с гористым профилем и др.). В 1929 г. был введен в эксплуатацию электрифицированный участок Москва – Мытищи (18 км) на постоянном токе напря­жением 1,5 кВ.

Опыт эксплуатации этих двух участков подтвердил неоспори­мые преимущества электротя­ги на линиях с большим объё­мом пригородных пассажир­ских перевозок. Поэтому в 30-е годы на Московском узле были электрифицированы ещё два направления: Мытищи Щёл­ково и Мытищи Софрино.

Важное значение имела электрификация 63-километрового участка Закав­казской магистрали через Сурамский перевал ХашуриЗестафони. Изобилующий за­тяжными подъёмами и боль­шим числом кривых малого ра­диуса, он был крепким ореш­ком для паровозов. Электри­фикация же позволила резко увеличить скорость движения поездов, повысить надёжность работы всей магистрали, по­скольку этот участок был её уз­ким местом. Здесь первый  поезд  на  электрической  тяге  при  постоянном токе напряжением 3 кВ прошел 16 августа 1932 г.

В последующие годы были электрифициро­ваны участки Зестафони – Самтредиа (61 км), Хашури – Тбилиси (126 км), Кизел – Чусовская – Гороблагодатская – Свердловск (493 км), Кандалакша – Мурманск (277 км), Запо­рожье – Долгинцево (теперь Кривой Рог-Гл., 182 км), Ново­кузнецк – Бедово (142 км), Минеральные Воды – Кисловодск с ответвлением на Железноводск (70 км) и ряд пригородных участков Москвы, Ленинграда и Баку.

clip_image175Электровозы сначала поставлялись из США (серии С – сурамский) и Италии (серии Си). Эти локомотивы были шестиосными; на них (за исключением первых двух) были установ­лены отечественные двигатели. Одновременно был налажен выпуск отечественных шестиосных электровозов серий Сс (сурамский советский) и ВЛ19 (в память Владимира Ильича Ленина). Велись работы по созданию новых российских электровозов. В 1934 г. был построен первый пассажирский электровоз ПБ21, а в   1938 г. – опытный электровоз переменного тока ОР22 (однофазный ртутный). В 1936 – 1938 гг. выпускались грузовые электровозы серии СК (в память Сергея Мироновича Кирова), а с 1938 г. – серии ВЛ22 (рисунок 2. 80).

Рисунок 2.80 – Электровоз серии ВЛ22

 

 Цифры в сериях всех указан­ных выше электровозов означали нагрузку на ось в тоннах. Поскольку одни участки работали при напряжении 1,5 кВ,

а  другие  при  3 кВ  постоянного тока,

то некоторые электровозы серии ВЛ19

были приспособлены для работы при этих двух напряжениях.

При электрификации первых участков использовались импорт­ные двигатели-генераторы и ртутные выпрямители на тяговых подстанциях, а также некоторые детали контактной сети. Но уже в середине 30-х годов ХХ столетия при монтаже тяговых подстанций и контактной сети использовалось только отечественное обору­дование.

Преимущества электриче­ской тяги говорили сами за се­бя, поэтому к началу 1941 года общая протяжённость электрифицированных линий уже пре­высила 1800 километров. Работы эти продолжались и во вре­мя Великой Отечественной войны. Опыт показал, что в прифронтовых условиях (после бомбёжек) повреждения кон­тактной сети ликвидировали, как правило, раньше, чем вос­станавливали путь, линии связи и другие устройства.

В годы Великой Отечест­венной войны электрификация же­лезных дорог продолжалась (участ­ки Челябинск Златоуст, ПермьЧусовская и др.). Электрифициро­ванный участок Мурманск Кандалакша, оказавшийся в прифронтовой зоне, работал устойчиво.

Начиная с 1956 г. на железных дорогах   СССР,   кроме   систе­мы постоянного тока напряжением 3 кВ, стала применяться более про­грессивная система переменного тока напряжением 25 кВ и частотой 50 Гц.

Примерно в 60 годы определилась стратегия электри­фикации. Оборудовались глав­ным образом наиболее грузонапряженные и протяжённые направления, связывающие ев­ропейскую часть страны с Ура­лом и Сибирью, а также центр страны с югом и западными границами.   Одновременно проводилась комплексная тех­ническая реконструкция инф­раструктуры железных дорогудлинение станционных путей, развитие узлов, устройств свя­зи и СЦБ.

Основное оборудование для элек­трифицированных железных дорог выпускалось различными предприя­тиями: грузовые электровозы на Но­вочеркасском и Тбилисском элект­ровозостроительных заводах, элект­ропоезда пригородного сообщения – на Рижских вагоностроительном и электромашиностроительном  заво­дах, в пассажирском движении ис­пользуются электровозы чехословац­кого производства.   Таллиннский электротехнический завод и Саранс­кий завод "Электровыпрямитель" поставляют преобразователи для тя­говых подстанций, электровозов и электропоездов.

К середине 70-х годов было электрифицировано около 40 тысяч километров, из них почти 15 тысяч на переменном то­ке. Эффективность электротяги не вызывала сомнений. Срав­нение в сопоставимых условиях себестоимости перевозок и производительности труда бы­ло в её пользу. Расходы только непосредственно на тягу поез­дов (локомотивное хозяйство, энергия, топливо и содержание устройств энергоснабжения) при тепловозной тяге были на 40 процентов выше, чем при электрической.

Экономический кризис и развал Союза резко снизили темпы электрификации. Вме­сто 1000 – 1500 километров в год сейчас сдаётся в эксплуата­цию в десять раз меньше. Рабо­ты продолжаются главным об­разом на дальневосточном уча­стке Транссиба, а также на Се­верной и Октябрьской магист­ралях. Хотя, как известно, за­траты на электрификацию оку­паются всего за 3 – 5 лет.

clip_image177Внедрение электротяги осо­бенно рационально с точки зре­ния защиты окружающей сре­ды. Ведь при тепловозной тяге вы­хлопные газы дизеля выбрасы­ваются непосредственно в ат­мосферу. На электростанциях же, откуда поступает ток в кон­тактную сеть, достигается весь­ма высокий уровень очистки с утилизацией полезных компо­нентов. К тому же труд желез­нодорожников стал более ква­лифицированным как на локо­мотивах, так и в депо. А изме­нение условий труда привело к снижению общей заболеваемо­сти, полному исчезновению от­дельных профзаболеваний. Схема электрификации Белорусской железной дороги приведена на рисунке 2.81.В настоящее время общая протяженность электрифицированных линий Белорусской магистрали составляет 875, 6 км или 15,85 % эксплуатационной длины дороги.

Условные обозначения:

участок Госграница – Брест-Центральный электрифицирован постоянным током напряжением 3 кВ;

участки Брест-Восточный – Городея и Бобр – Красное электрифицированы переменным током напряжением 2х25 кВ;

участки Брест-Центральный – Брест-Восточный, Городея – Бобр, Осиповичи – Молодечно и Минский узел электрифицированы переменным током напряжением 25 кВ.

 

Рисунок 2.81 – Схема электрификации Белорусской железной дороги

 

Таким образом, начавшаяся 70 лет назад электрификация железных дорог сыграла важ­ную роль в совершенствовании перевозочного процесса,     повы­шении провозной способности железных дорог, улучшении ка­чества обслуживания пассажи­ров. Программа организации на ряде важнейших направле­ний сети скоростного движения тоже базируется на использо­вании электротяги. Для этого уже создаётся отечественный подвижной состав нового поко­ления. Так что у электрифика­ции, безусловно, есть широкие перспективы.

 

 

 


Схема электроснабжения

 

Железнодорожный транспорт СНГ потребляет более 7 % электроэнергии,  вырабатываемой электростанциями бывшего Советского Союза. В основном её расходуют на тягу поездов и частично на питание нетяговых потребителей (депо, станций, мастерских, а также районных потребителей).

Согласно Правилам технической эксплуатации устройства электроснабжения железных дорог должны обеспечивать: бесперебойное дви­жение поездов с установленными нормами массы, скоростями и интер­валами между  поездами   при  требуе­мых  размерах  движения;  надежное   электропитание

 

 

 

 

 

 

 

clip_image179устройств СЦБ и связи, вычислительной техники как электроприемников категории I; на­дежное электроснабжение всех по­требителей железнодорожного тран­спорта.

В систему электроснабжения  электрифицированных  дорог  (рисунок 2.82) входят устройства, составляющие её  внешнюю часть (электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и линии электропередачи) и тяговую часть (тяговые подстанции и электротяговая сеть).

Рисунок 2.82 – Система электроснабжения железной дороги: 1 – электростанция; 2 – повышающий трансформатор; 3 – высоко­вольтный выключатель; 4 – линия электропередачи; 5 – тяговая подстанция; 6 – разрядник;  7 – быстродействующий  выключа­тель; 8 – высоковольтный выключатель; 9 – тяговый трансформа­тор; 10 – выпрямитель; 11 – отсасывающая линия; 12 – питающая линия

 

 

 

Электрическую энергию от места ее выработки к электроподвижному составу и нетяговым потреби­телям передают при определенном напряжении. Как известно, чем ниже напряжение, тем  (при  одной  и  той же мощности) боль­ше сила тока. А это вызывает увеличение потерь энергии при передаче. Следовательно, растут эксплуатационные расходы, так как приходится оплачивать количество энергии больше поступа­ющего к потребителям. В то же время значительное увеличение напряжения  приводит  к  росту  капиталь-

ных затрат на сооружение передающих устройств, так как существенно усложняется их изо­ляция, возрастает ее стоимость.

Чтобы выбрать напряжение, при котором будет передаваться электрическая энергия, производят технико-экономический расчет. Сравнивают различные варианты: в одних из них малы капиталь­ные затраты и существенны эксплуатационные расходы, а в других значительны капиталовложения и невелики расходы в эксплуата­ции. Для каждого варианта определяют так называемые приве­денные затраты, складывающиеся из части капитальных затрат, приходящихся на один год расчетного срока их окупаемости, и годовых эксплуатационных расходов (с учетом амортизацион­ных отчислений). Выбирают обычно вариант с меньшими приве­денными затратами. Как правило, принятое для передачи на­пряжение не равно тому, которое должно быть на зажимах тяговых двигателей электроподвижного состава (ЭПС).

Большое значение имеет также частота передаваемой энергии. В некото-

рых странах применяют ЭПС переменного тока с тяго­выми двигателями, рассчитанными на частоту 162/3 или 25 Гц. В этих случаях железные дороги обычно имеют собст­венные электрические станции, производящие электроэнергию нужной частоты, реже применяют установки для преобразования частоты, принятой в энергосистеме данной страны. Такие электро­станции возможно расположить в непосредственной близости от железной дороги, что существенно упрощает передачу энергии к электроподвижному составу.

В бывшем СССР строить электростанции только для нужд железных дорог было признано экономически нецеле­сообразным, и поэтому частота энергии, поступающей в контактную сеть, такая же, как для остальных потребителей, т. е. 50 Гц – это так называемая промышленная частота.

Устройства, необходимые для выработки электроэнергии и ее передачи к электрической железной дороге, образуют систему внешнего электроснабжения. В нее входят электрические станции, на которых энергия вырабатывается, подстанции, где производит­ся ее преобразование и распределение, а также все линии электро­передачи (ЛЭП), связывающие эти электроустановки между собой и с электрической железной дорогой.

 

 


Электрические станции 

 

На каждой электростанции имеются различные устройства, вырабатывающие электрическую энергию при сравнительно небольшом напряжении. В машинном зале сосредоточены устройства управления всеми производственными процессами. Кроме того, на территории электростанции находится подстанция, на которой полученное напряжение повышается до значения, необходимого для передачи ее другим электростанциям или районным подстанциям. На каждой районной подстанции устанавливают трансформаторы и монтируют распределительные устройства, через которые электроэнергия направляется по ЛЭП к различным потребителям.

В зависимости от источника энергии различают электростан­ции тепловые (ТЭС), гидроэлектрические (ГЭС) и атомные (АЭС).

ТЭС работают на твердом, жидком и газообразном топливе, имеют паровые и значительно реже газовые турбины. Их делят на конденсационные (КЭС), вырабатывающие только электричес­кую энергию, и теплофикационные, или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые, кроме электрической, отпускают еще и тепловую энергию. Крупные (мощностью более 1 ГВт) КЭС называют государственными районными электростанциями (ГРЭС).

Тепловая энергия топлива, сжигаемого в котлах ТЭС, превра­щает в пар воду, подаваемую в котлы. Пар поступает в паровую турбину и приводит во вращение ее вал и вал электрического генератора. Иногда для вращения вала генератора используют двигатели внутреннего сгорания (дизели), работающие на нефтя­ном топливе. Такие установки имеют относительно небольшую мощность. Их можно выполнить передвижными и применять в качестве резервных.

ГЭС бывают русловыми (сооружаемые в основном в пределах речного русла), приплотинными (их машинные залы расположены вне плотин) и деривационными (использующие естественное по­нижение местности, например на горных реках).

Плотина – обязательное сооружение ГЭС. Она преграждает путь воде и создает необходимый сосредоточенный напор ее в верхнем бьефе, т. е. в части реки или водохранилища, располо­женной по течению выше плотины. Механическая энергия воды, стремящейся из верхнего бьефа в нижний, приводит во вращение вал гидротурбины и вал соединенного с ней электрического генератора. На ГЭС, где возможен суточный или сезонный не­достаток воды, иногда ее перекачивают из нижнего бьефа в верх­ний. Это делается за счет избыточной энергии, вырабатываемой другими электростанциями в те часы, когда потребность в энер­гии падает (например, ночью). Такие станции называют гидроаккумулирующими (ГАЭС), так как на них происходит накопле­ние потенциальной энергии воды, которая может быть использо­вана для выработки электрической энергии во время максималь­ных, так называемых пиковых, нагрузок.

Источником тепловой энергии на АЭС является ядерный реактор, в котором происходит управляемая цепная (самоподдер­живающаяся) реакция деления ядер урана и образующегося при этом вторичного горючего – плутония. Деление атомных ядер осуществляется под воздействием нейтронов. Чтобы энергия де­ления атомных ядер (атомная энергия) не выделялась мгновен­но (в виде взрыва), а могла быть использована длительно, в реак­тор вводят различные замедлители (например, графит). В качест­ве ядерного топлива обычно применяют не чистый уран, а его изотопы – 235 или 238.

Деление атомных ядер изотопа 235 происходит под воздействием тепловых (медленных) нейтронов, получить которые относительно просто. Однако в при­родном уране изотопа 235 почти в 140 раз меньше, чем изотопа 238. Но для деления атомных ядер изотопа 238 требуется воздействие быстрых нейтронов, обладающих более высокой энергией, чем медленные, и образование которых значительно сложнее. Тем не менее развитие АЭС идет по пути все большего применения реакторов, работающих на быстрых нейтронах.

Полученное в результате ядерной реакции тепло служит для преобразования подведенной к установке воды в пар, который затем используется для выработки электрической энергии анало­гично тому, как это происходит на ТЭС.

Наибольшее количество электрической энергии в странах СНГ выра­батывается на ТЭС. Но запасы необходимого для их работы органического топлива (угля, нефти, газа) не безграничны, и, кроме того, такое топливо очень нужно и в других отраслях народ­ного хозяйства. Для работы ГЭС не требуется органическое топливо, но реки есть далеко не везде и не всегда могут быть использованы для сооружения ГЭС значительной мощности. В качестве топлива для АЭС необходим редко встречающийся в природе уран; кроме того, велики расходы на обеспечение как безопасных условий работы, так и безопасности для окружающей среды. Поэтому ведутся работы по созданию установок для получения электроэнергии, основанных на новых принципах ее производства или работающих на практически неисчерпаемых первичных источниках энергии.

Осваивается магнитогидроэлектрический способ производства электроэнергии, при котором она вырабатывается МГД-генераторами. В каждом таком генераторе имеется мощная магнитная система и канал, по которому с большой скоростью движется проводящая среда – плазма, состоящая из газов, разогретых до очень высокой температуры. В результате взаимодействия плазмы с магнитным полем создается разность потенциалов между электродами, расположенными вдоль канала генератора. Постоянный ток в подключенной к электродам внешней цепи затем преобразуется в переменный с помощью инверторной установки. Совместно с МГД-генераторами электрическая энергия вырабаты­вается и обычными паровыми турбогенераторами, в которых вторично используется тепло, выделяемое плазмой.

Ведутся работы по созданию тепловых электрических станций, на которых не требуется сжигать органическое топливо. К таким ТЭС относят гелиоэлектрические, преобразующие в тепловую (а затем электрическую) лучистую энергию солнца, и геотермальные, использующие тепловую энергию горячих источников. Разра­батываются также приливные электростанции, на которых напор воды создается за счет ее разных уровней во время морских при­ливов и отливов. Для этого строят специальное водохранилище, отгораживаемое от моря плотиной, расположенной в устье впа­дающей в море реки или перекрывающей в узком месте залив. Существуют также ветроэлектрические станции, использующие для вращения вала электрического генератора кинетическую энергию ветровых потоков.

Питание электрической железной дороги от системы внешнего электроснабжения. Чтобы увеличить надежность и экономичность электроснабжения всех потребителей, в том числе и электри­ческой железной дороги, электростанции соединяют друг с другом электрическими и тепловыми сетями. Таким образом, создаются отдельные энергетические системы, которые в свою очередь связы­вают межсистемными ЛЭП. В результате образуются объединен­ные энергетические системы (ОЭС).

Все это позволяет регули­ровать распределение электрической энергии с учетом интенсив­ности ее выработки и потребления в отдельных энергетических системах, передавая нагрузки с более загруженных систем на менее нагруженные, повысить степень использования установлен­ного на электростанциях оборудования.

В странах СНГ производство, передача и распределение электри­ческой энергии осуществляются в основном на трехфазном пере­менном токе частотой 50 Гц. Различают электроустановки и сети напряжением до 1000 В и более 1000 В. ЛЭП, подводящие электрическую энергию к тяговым подстанциям электрических железных дорог, имеют номинальные напряжения 110 или 220 кВ, реже 35 кВ, иногда 10 или 6 кВ.

Номинальным называют напряжение, при котором электро­оборудование может работать нормально в течение всего задан­ного срока службы. Здесь и далее указываются номинальные значения напряжений.

Для обеспечения большей надежности внешнего электроснаб­жения применяют две цепи ЛЭП, каждую из которых крепят на самостоятельных опорах. Межсистемные ЛЭП обычно выпол­няют двухцепными и подвешивают на отдельных опорах. ЛЭП, по которым питаются тяговые подстанции электрических желез­ных дорог, бывают и двухцепные (их располагают на общих опорах), и одноцепные.

Электрические железные дороги относятся к потребителям категории I, нарушение электроснабжения которых связано с опасностью для жизни людей, существенным ущербом народному хозяйству, нарушением технологического процесса (графика движения поездов) и т. д. Такие потребители должны получать электрическую энергию от двух независимых источников и перерыв их электроснабжения может быть допущен только на время автоматического переключения питания с одного источника на другой. Однако вследствие большой протяженности электрических железных дорог питание каждой тяговой подстанции от двух независимых источников было бы связано с весьма значительными капитальными затратами. Поэтому допускается электроснабже­ние тяговых подстанций от одного источника по двум одноцепным ЛЭП, расположенным на отдельных опорах, или по идущим вдоль железной дороги двухцепным и одноцепным ЛЭП, имеющим двустороннее питание. При выходе из строя одной районной подстанции или ЛЭП протяженностью 150–200 км допускается перерыв электроснабжения не более чем для одной тяговой под­станции.

Подключение тяговых подстанций. Для поддержания необхо­димого уровня напряжения на тяговых подстанциях и снижения потерь энергии в питающей сети сооружают опорные тяговые подстанции, к которым присоединяют не менее трех ЛЭП напря­жением 110 или 220 кВ. Такие подстанции располагают через каждые 150–200 км при питании по ЛЭП 110 кВ и через 250– 300 км при ЛЭП 220 кВ. Тяговые подстанции, расположенные между опорными, являются промежуточными. Между двумя со­седними опорными подстанциями включают не более трех про­межуточных при ЛЭП 110 кВ и электрификации железной доро­ги по системе переменного тока и не более пяти при системе по­стоянного тока. При ЛЭП 220 кВ число промежуточных тяговых подстанций между двумя смежными опорными может достигать пяти независимо от системы тока, по которой электрифицирована дорога.

Фидерная и подстанционная зоны. Различают фидерные и под-станционные зоны питания. Часть тяговой сети, получающая электрическую энергию по одной питающей линии (ее называют еще фидером) при одностороннем питании (рисунок 2.83, а) или по двум от соседних тяговых подстанций при двустороннем питании (рисунок 2.83, б), называют фидерной зоной, а в последнем случае – иногда межподстанционной. Две фидерные зоны, питаемые от одной и той же тяговой подстанции, образуют подстанционную зону.

Протяженность фидерных и подстанционных зон определяется расстоянием между тяговыми подстанциями, а оно зависит от многих факторов – системы тока и напряжения, по которой электрифицирована дорога, размеров и организации  движения  поездов,  схемы  питания  электроподвижного состава и др. Чем реже расположены тяговые подстанции, тем при прочих равных условиях больше потери энергии в тяговой сети и ниже напря­жение на токоприемниках ЭПС. Чтобы это напряжение не оказалось меньше допускаемого минимального, на дорогах постоянного тока расстояние между тяговыми подстанциями составляет в среднем 15–20 км (в отдельных случаях 7–10 км), а суммарная площадь сечения проводов контактной сети равна 440–560 мм2 на путь (в отдельных случаях до 700 мм2 на путь). Поскольку невозможно применять в контактной подвеске провода такой большой площади сечения, параллельно им подвешивают допол­нительные провода, называемые усиливающими.  При  системе  пе­ременного  тока  напряжением 25 кВ  расстояния  между  тяговыми  подстанциями увеличиваются до 40–50 км, площадь сечения проводов контактной сети составляет 120–160 мм2 на путь. Сис­тема 2х25 кВ позволяет увеличить расстояние между тяговыми подстанциями до 70–90 км при площади сечения проводов контактной сети около 260 мм2 на путь. На дорогах переменного тока в необходимых случаях также используют усиливающие провода.

Электроснабжение нетяговых потребителей. К ним относятся многие стационные и линейные нетяговые потребители – электро­установки (кроме тяговых), принадлежащие всем службам доро­ги, освещение станций, переездов и других объектов, а также меха­низмы и инструменты, для работы которых на линии необходима электроэнергия. Очень ответственным нетяговым потребителем является аппаратура автоблокировки. Кроме того, электрической энергией снабжаются различные районные потребители – про­мышленные предприятия, колхозы, совхозы и т. д., расположен­ные по обе стороны от железной дороги.

Питание нетяговых потребителей производится непосредствен­но от тяговых подстанций и по специальным воздушным линиям, обычно подвешенным на опорах контактной сети. Напряжение, при котором осуществляется передача электроэнергии, опреде­ляется наличием шин того или иного напряжения на подстанции. Чаще всего это 10 или 25 кВ, но в отдельных случаях может быть 6 и 35 кВ. Вдоль дороги, электрифицированной на постоянном токе, для питания нетяговых потребителей монтируют трехфазную воздушную линию напряжением обычно 10 кВ. На участках переменного тока нетяговые потребители подключаются к линии ДПР (два провода – рельсы) напряжением 25 кВ. При этом на опорах контактной сети подвешивают провода двух фаз, а в качестве третьей фазы используют ходовые рельсы. На опорах располагают провод фазы, напряжение которой подано в контактную сеть, и фа­зы, не используемой на данном участке для питания ЭПС. На двухпутных участках провода ДПР иногда располагают по одному на каждом пути, что облегчает подключение однофазных потре­бителей, расположенных с разных сторон дороги.

Для передачи электрической энергии нетяговым потребителям, работающим при напряжении 380 или 220 В, сооружают рас­пределительные пункты, закрытые трансформаторные подстанции и комплектные трансформаторные подстанции. Распределительные пункты и закрытые трансформаторные подстанции (они находятся в специальных зданиях) располагают, как правило, на крупных железнодорожных станциях и в узлах, на промышленных пред­приятиях транспорта, в городах, поселках и т. д. Комплектные трансформаторные подстанции широко используют для электро­снабжения линейных нетяговых потребителей. Их поставляют в собранном виде с трехфазными (КТП) или однофазными (КТПО) трансформаторами и устанавливают на специальный фундамент. Применяют также комплектные подстанции подъемно-опускного типа с однофазными трансформаторами (КТППО), которые кре­пят на опорах контактной сети.

На дорогах  переменного  тока  однофазные  трансформаторы  комплект-

ных подстанций подключают к одному из проводов ли­нии ДПР и к рельсам.

 Трехфазные трансформаторы таких под­станций присоединяют к обоим проводам линии ДПР и рель­сам. На дорогах постоянного тока рельсы не используют; одно­фазные трансформаторы подключают к двум проводам трехфазной линии электроснабжения нетяговых потребителей, а трехфаз­ные – к трем проводам этой линии.

Особенности питания аппаратуры автоблокировки. Для устройств автоблокировки, принадлежащих к потребителям ка­тегории I, требуется обеспечить основное и резервное питание. Если имеется специальная воздушная линия для устройств СЦБ (ВЛ СЦБ), подвешенная на самостоятельных опорах, основное питание осуществляется от нее, а резервное – от линий электро­снабжения нетяговых потребителей (ВЛ 6 или 10 кВ при постоян­ном токе и линий ДПР при переменном токе); их располагают на опорах контактной сети. При отсутствии ВЛ СЦБ основное питание на участках переменного тока подают от специального провода, находящегося под напряжением 25 кВ (провод СЦБ); его подвешивают на опорах контактной сети. В качестве второго про­вода используют рельсы. Резервное питание и в этом случае по­дается от линии ДПР. Основной и резервный трансформаторы могут быть установлены раздельно или совместно в специальной комплектной подстанции.

 

 

 


Системы тока и напряжение в контактной сети

 

Первой в мире в 1895 году была электрифицирована железная дорога Балти­мор – Огайо (США) протяженностью 115 км. На ней электрическая энергия постоянного тока передавалась на электровоз не по контактному проводу, который появился значительно позднее, а по третьему рельсу, расположенному между двумя ходовыми рельсами. Напряжение постоянного тока в третьем рельсе было такое же, как и на тяговых двигателях – 650 В. Двигатели были тихоходными, громоздкими, имели низкий коэффициент полезного действия.

Еще в середине прошлого века русский физик Д. А. Лачинов установил, что чем выше напряжение в электрической цепи, тем меньше потери энергии при передаче ее на расстояние. Поэтому стремятся иметь в контактной сети возможно более высокое напряжение, изыскивая экономичные способы преобразо­вания его до значения, подходящего для питания тяговых двигателей.

Дальнейшее развитие электрификации на постоянном токе шло по пути повышения напряжения в контактной сети. Во Фран­ции и  Англии в 20-х годах ХХ столетия железные дороги электрифицировали на постоянном токе напряжением 1200 и 1500 В. Впоследствии на французских дорогах перешли в основ­ном на напряжение 3000 В. Однако такое напряжение не являет­ся оптимальным ни для тяговых двигателей, ни для системы электроснабжения. Для двигателей оно велико, так как приемле­мые масса, габаритные размеры и наименьшая стоимость полу­чаются при напряжении порядка 900 В. Для системы электро­снабжения напряжение 3000 В мало, так как при этом требуется располагать тяговые подстанции относительно часто – на рас­стоянии 20–25 км друг от друга. Тем не менее, это напряжение применяется на дорогах постоянного тока при питании тяговых двигателей непосредственно от контактной сети.

Указанные недостатки определили высокую стоимость системы электроснабжения на постоянном токе.

Между тем переменный ток в отличие от постоян­ного обладает следующим важным свойством: его напряжение можно изменять достаточно просто. Для этого необходим трансформа­тор, т. е. устройство, не имеющее подвижных частей и содержа­щее две обмотки – первичную и вторичную с заранее рассчитан­ными числами витков. На первичную обмотку подается имею­щееся напряжение, с вторичной обмотки снимается требуемое.

Возможность использования высокого напряжения в контакт­ной сети дорог переменного тока, что ведет к уменьшению потерь энергии в процессе передачи ее на электроподвижной состав, и последующего понижения его до значения, приемле­мого для тяговых двигателей, позволяет существенно снизить стоимость электрификации железных дорог. Однако при этом усложняется устройство электроподвижного состава (ЭПС), так как приходится иметь на нем регулируемый преобразователь переменного тока в постоянный, поскольку до сих пор не создан надежный и экономичный тяговый двигатель переменного тока.

Конструкция токоприемников и ЭПС в целом была очень громоздкой. Опыт эксплуатации выявил сущест­венные недостатки принятой системы тока, которые заключались в трудности регулирования частоты вращения асинхронных двигателей ЭПС, а в области электроснабжения – в обеспе­чении надежной работы трехфазной контактной сети, особенно на воздушных стрелках, представляющих собой изолированные пе­ресечения контактных проводов разных фаз. Поэтому, несмотря на простоту трехфазных трансформаторных тяговых подстанций и надежность работы бесколлекторных асинхронных двигателей на электровозах, система трехфазного тока для тяги распрост­ранения не получила. На дорогах Италии она заменена системой 3000 В постоянного тока.

Система тяги на однофазном токе с применением тяговых коллекторных двигателей на электрическом подвижном составе возникла в начале XX в. При этом в первое время применяли пониженную, а в дальнейшем промышленную (нормальную) частоту питающего тока. На ряде участков электрифицирован­ных железных дорог Франции, Турции и Конго эксплуатируются коллекторные двигатели переменного тока, работающие на частоте 50 Гц. Однако они являются более дорогими и менее надежными, чем двигатели постоянного тока, вследствие чего такие двигатели применяют преимущественно на пассажирском электроподвижном составе. Использование пониженной частоты было вызвано необ­ходимостью обеспечить удовлетворительную работу коллекторных двигателей.

Однако в этом случае требуется сооружение специальных электрических станций для питания ЭПС или дорогостоящих преобразовательных подстанций. В первом случае тяговые под­станции представляют собой простейшие трансформаторные уста­новки. По этому пути развивалась электрификация железных дорог в Германии, Австрии, Швейцарии и Норвегии, где железные дороги имеют собственные электрические станции, вырабатывающие электрическую энергию при частоте 162/3 Гц, и в США, где используется электроэнергия частоты 25 Гц. Питание электрических дорог от общих трехфазных систем через специаль­ные тяговые подстанции, преобразующие трехфазный ток нор­мальной частоты в однофазный ток пониженной частоты, приме­нено в Швеции.

Электрификация железных дорог СССР начиналась на посто­янном токе с напряжением в контактной сети 1,2 – 1,5 кВ на пригородных участках и 3 кВ на магистральных. В последние десятилетия развитие электрификации в основном осуществляет­ся на однофазном переменном токе с напряжением в контакт­ной сети 25 кВ, а теперь еще и по системе 2х25 кВ. Линии постоянного тока, работавшие при более низком напряжении, переведены на 3 кВ, за исключением узкоколейного участка от Боржоми до Бакуриани (42 км), где используются импорт­ные электровозы, рассчитанные на питание от сети напряжением 1,5 кВ.

В бывшем СССР осуществлялась комплексная электрификация, т. е. электрификация не только железных дорог, но и прилегающих районов. Поэтому сооружать специальные электрические станции или преобразовательные подстанции для получения тока понижен­ной частоты экономически нецелесообразно.

При тяге на однофазном токе промышленной частоты на сооружение устройств электроснабжения железных дорог тре­буются наименьшие капиталовложения по сравнению с другими системами тока, но возникают трудности с созданием простых и надежно работающих электровозов. Преодоление этих труднос­тей, заключающихся в большой сложности устройств преобразо­вания энергии на ЭПС для питания тяговых двигателей, шло по пути разработок электровозов однофазного тока со статическими преобразователями.

Технико-экономический анализ и опыт эксплуатации элек­тровозов однофазного тока различных типов показали, что наиболее экономичным и надежным является электровоз со статическими преобразователями переменного тока в постоянный (пульсирующий) для питания тяговых двигателей. Поэтому та­кую систему тяги называют также системой однофазно-постоян­ного (пульсирующего) тока, подчеркивая условия работы тяговых двигателей.

Статические ртутные преобразователи использовались на ЭПС примерно до середины ХХ столетия. Затем они усту­пили место силовым кремниевым полупроводниковым преобразо­вателям.

Термин полупроводники – исторически сложившаяся условность и никак не отражает свойств этих элементов. Дело в том, что долгое время материа­лы делили на две группы – проводники электрического тока и диэлектрики, т. е. непроводники, изоляторы. Сравнительно недавно (в первой половине ХХ столетия) было установлено, что такие элементы, как германий, кремний и т. п., обладают удивительным свойством – пропускают переменный ток в одном направлении и не пропускают его в направлении, противополож­ном (обратном) из-за ничтожной проводимости. Их-то и назвали полупровод­никами с тем, чтобы не менять уже сложившееся деление материалов на группы проводников и диэлектриков.

Установки, собранные из полупроводниковых элементов, часто называют из-за их односторонней проводимости выпрямительными, хотя в действитель­ности они никакого «выпрямления» переменного напряжения и тока не производят.

Полупроводники, обладая свойством односторонней проводимости, способство­вали бурному развитию преобразовательной техники, открыли совершенно новые возможности использования электрической энергии вообще и в системах электрической тяги в частности.

На базе второго поколения полупроводников – управляемых силовых кремниевых элементов, называемых тиристорами, были созданы импульсные системы управления режимами работы ЭПС. В таких системах электрическая энергия поступает к тяговым двигателям не непрерывно, а отдельными быстро сле­дующими друг за другом короткими порциями – импульсами, что существенно расширяет регулировочные возможности ЭПС.

Наиболее совершенные из этих систем построены на базе микропроцессорной техники, т. е. программно-управляющих уст­ройств, содержащих требуемый набор микрокоманд, которые определяют заданную последовательность выполнения элементар­ных операций. Эти устройства позволяют значительно повысить тягово-энергетические показатели ЭПС и электрической тяги в целом.

К 1 января 1988 г. электрифицированные железные дороги эксплуатировались в 52 государствах.

Электрификация железных дорог, являясь составной частью  электрифи-

кации всего народного хозяйства, увеличивает пропуск­ную и провозную способность железнодорожных линий, улучшает топливно-энергетический баланс страны, повышает производительность труда и общую культуру работы железнодорожников. Особенно ярко достоинства электрической тяги проявляются при её реализации на большом протяжении.

В странах СНГ протяжен­ность железных дорог, электрифи­цированных по обеим системам то­ка, превышает 53 тыс. км. Уста­новлен номинальный уровень напря­жения на токоприемниках ЭПС: 3 кВ при постоянном и 25 кВ при переменном токе.

Основными параметрами системы электроснабжения электрифициро­ванных железных дорог являются мощности тяговых подстанций, рас­стояние между ними и площадь сечения контактной подвески. На­грузочная способность важнейших элементов электроснабжения (тран­сформаторов, выпрямителей, кон­тактной сети) зависит от допускае­мой температуры их нагрева, опре­деляемой значением и длитель­ностью протекающего тока.

Тяговые подстанции на электри­фицированных дорогах постоянного тока выполняют две основные функ­ции: понижают напряжение подво­димого трехфазного тока и преобра­зуют его в постоянный ток. Для этой цели используют трансформа­торы, выпрямители и другое обору­дование. Широко применяют полу­проводниковые выпрямители, кото­рые обладают высокой надежностью, простотой устройства, обслуживания и управления, компактностью. Все оборудование переменного тока раз­мещают на открытых площадках тяговых подстанций, а выпрями­тели и вспомогательные агрегатыв закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнергию по питающим линиям подают в контакт­ную сеть. Относительно низкое на­пряжение (3 кВ) является основ­ным недостатком системы постоян­ного тока, вследствие чего по кон­тактной сети к электроподвижному составу подводится мощность (равна произведению напряжения на ток) с большим тяговым током. Для поддержания нужного уровня напря­жения на токоприемниках локомоти­вов тяговые подстанции размещают близко друг от друга (10–20 км), а для передачи больших токов при­ходится увеличивать площадь сече­ния проводов контактной подвески.

При росте грузооборота строят дополнительные тяговые подстанции, увеличивают площадь сечения кон­тактной сети (подвешивают усили­вающие провода и др.), чтобы повы­шение числа и массы поездов не вызывало резкого падения напря­жения и, следовательно, скоростей движения поездов. Радикальным способом устранения недостатков электроснабжения постоянного тока является создание системы регули­рования напряжения в контактной сети.

Увеличение мощности в контакт­ной сети за счет значительного повышения напряжения постоянного тока требует изготовления и эксплуа­тации тяговых двигателей, рассчи­танных на более высокое напряже­ние, что связано с большими трудностями (сильно усложняется изо­ляция электрического оборудования, возникает опасность пробоя  ионизи­рованного слоя воздуха и др.).

Система однофазного тока напря­жением 25–28 кВ широко приме­няется для тяги поездов на желез­ных дорогах стран СНГ. Переменный ток дает возможность значительно повы­сить технико-экономические показа­тели электрической тяги благодаря тому, что по контактной сети пере­дается мощность при меньших токах по сравнению с системой постоян­ного тока, и обеспечивает движение тяжеловесных поездов с установлен­ными скоростями при высокой грузо­напряженности линий. Тяговые под­станции в этом случае размещают на расстоянии 40–60 км друг от друга. Они являются по существу трансформаторными подстанциями, понижающими напряжение с 110– 220 до 25 кВ. Поскольку на этих подстанциях переменный ток не пре­образуют в постоянный, то они не имеют выпрямительных агрегатов и связанного с ними вспомогательного оборудования. Их устройство и обслуживание значительно проще и де­шевле тяговых подстанций постоян­ного тока. Все оборудование таких подстанций размещают на открытых площадках, но электроподвижной состав переменного тока слож­нее.

Повышение напряжения позво­лило бы уменьшить потери напря­жения и электроэнергии и увеличить расстояние между тяговыми подстан­циями, однако, это свя­зано с большими затратами на уси­ление изоляции, замену электро­подвижного состава и др. Для улуч­шения показателей электрификации на переменном токе разработана система 2х25 кВ с промежуточ­ными автотрансформаторами, раз­мещаемыми на расстоянии 8–15 км друг от друга. От тяговых под­станций  к автотрансформаторам электроэнергия напря­жением 50 кВ подводится по контактной под­веске и дополнительному питаю­щему проводу. Далее от автотрансформаторов к электроподвижному составу энергия подается с напря­жением 25 кВ.

Применение системы электро­снабжения 2х25 кВ не вызывает изменений в электроподвижном сос­таве, но ее недостатком является необходимость подвески специаль­ного питающего провода.

На участках переменного тока работают локомотивы со статичес­кими преобразователями и двигате­лями пульсирующего тока. Созданы опытные образцы мощных электро­возов с бесколлекторными двига­телями асинхронными и вентиль­ными.

Важным преимуществом подвиж­ного состава переменного тока является возможность его совер­шенствования за счет применения тиристорных  преобразователей, электронных систем управления и др.

Переменный ток оказывает элект­ромагнитное влияние на металличес­кие сооружения и коммуникации, расположенные вдоль железнодо­рожных путей. В результате на них наводится опасное напряже­ние, а в линиях связи и автоматики возникают помехи. Поэтому приме­няют особые меры защиты сооруже­ний, а воздушные линии связи заме­няют на кабельные или радиорелейные и реконструируют автомати­ку. На это расходуется около 20–25 % общей стоимости электри­фикации. Неотъемлемой   частью устройств электроснабжения элект­рифицированных железных дорог яв­ляются средства автоматики и теле­механики.

Стыкование линий, электрифи­цированных на постоянном и пере­менном токе, осуществляют по кон­тактной сети на специально оборудованных железнодорожных стан­циях стыкования или используют электровозы двойного питания, ко­торые работают и на постоянном и на переменном токе.

Тяговые подстанции. В систему тягового электро­снабжения входят многочисленные и разнообразные установки – тяговые подстанции, посты секционирования, пункты параллель­ного соединения контактных сетей двух путей, установки для компенсации реактивной мощности при переменном токе, устрой­ства для повышения напряжения при постоянном токе и др. Наиболее сложными из них являются тяговые подстанции. В со­ответствии с родом тока, подаваемого в контактную сеть, разли­чают подстанции постоянного и переменного тока. Иногда в местах стыкования участков, электрифицированных на различных систе­мах тока, располагают подстанции постоянно-переменного тока – стыковые подстанции.

Тяговые подстанции подключают к ЛЭП системы внешнего электроснабжения, имеющим различное напряжение (от 6 до 220 кВ). Они могут быть опорными, промежуточными (транзит­ными и отпаечными) и тупиковыми. Иногда тя­говые подстанции совмещают с подстанциями внешней энергоси­стемы, в некоторых случаях – с дежурными пунктами контактной сети. Как правило, тяговые подстанции строят стационарными с открытыми и закрытыми распределительными устройствами (РУ), однако бывают и передвижные подстанции, которые можно перемещать с одного места работы на другое.

На первых тяговых подстанциях постоянного тока в Закав­казье и на Урале устанавливали вращающиеся преобразовате­ли переменного тока в постоянный (мотор-генераторы). Впослед­ствии их повсеместно вытеснили статические преобразователи – ртутные выпрямители. Бурное развитие полупроводниковой тех­ники не обошло и электрические железные дороги. Начиная с 1964 г. громоздкие и недостаточно надежные ртутные выпрями­тели начали заменять на полупроводниковые; последний ртутный выпрямитель был демонтирован в 1972 г.

Тяговые подстанции имеют довольно сложные электрические цепи. Главные из них рассмотрим применительно к тяговой под­станции переменного тока 25 кВ (опорной) и тяговой подстанции постоянного тока 3 кВ (транзитной). Стыковые тяговые под­станции отдельно рассматривать не будем, так как их электричес­кие цепи включают в себя цепи подстанций постоянного и пере­менного тока.

 

 


Тяговая сеть

 

Впервые передача электрической энергии движущемуся вагону была осуществлена в 1876 г. русским инже­нером Ф. А. Пироцким. Для этого использовались ходовые рельсы, изолированные друг от друга. Одному из них была придана поло­жительная полярность, другому – отрицательная. Чтобы рельсы не замыкались через оси вагона, его колеса были деревянными, а токосъем производился металлическими щетками, скользив­шими по рельсам. Позднее для подвода питания к вагону стали устанавливать третий рельс, получивший название контактного. Сначала этот рельс располагали на изоляторах между ходовыми рельсами, а затем сбоку от них.

В 1881 г. появилась первая воздушная контактная подвеска, предложенная немецкой фирмой «Сименс». Токосъем с висящего провода осуществлялся с помощью ролика, установленного на токоприемнике вагона. В первых таких конструкциях ролик пере­мещался по верхней части провода, в последующих – по нижней. Затем на токоприемниках на смену деталям, катящимся по про­воду, пришли элементы, скользящие по нему.

Основные способы токосъема, предложенные еще в прошлом веке, сохранились до наших дней. До сих пор элементы контакт­ной сети, имеющие непосредственный контакт с токоприемниками, выполняют в виде контактных рельсов и воздушных контакт­ных подвесок.

 Но конструкция их, конечно, существенно изме­нилась. На рисунке 2.84  приведена схема токосъема на отечественных метрополитенах: контактный рельс 4 устанавливают сбоку от ходового рельса 2; на кpoнштейне 3 его крепят к шпале 1. Токоприемник 5 касается контактного рельса снизу. Этот рельс закрывают деревянным коробом 7 с изоляцией 6.

clip_image183Тяговая сеть состоит из контакт­ной и рельсовой сетей, питающих и отсасывающих линий. Контакт­ная сеть представляет собой сово­купность проводов, конструкций и обору-дования, обеспечивающих пе­ре-дачу    электрической   энергии  от

 

Рисунок 2.84  – Система токосъема на отечественных метрополитенах

 

 

 тяговых подстанций  к токоприем­никам электроподвижного состава.   Она    устроена   таким    образом,  что обеспечивает бесперебойный   то­косъем локомотивами при наиболь­ших скоростях движения в любых атмосферных условиях.

Контактную сеть выполняют в ви­де воздушных подвесок. При движе­нии локомотива токоприемник не должен отрываться от контакт­ного провода, иначе нарушается токосъем и возможен пережог про­вода. Надежная работа контактной сети в значительной мере зависит от стрел провеса провода и нажатия токоприемника на провод.

clip_image185 

 

 


 

Воздушные контактные подвески 

 

Их делят на простые и цеп­ные. Простая контактная подвеска (рисунок 2.85) представляет собой провод, свободно висящий между точками подвеса, распо­ложенными на опорах. Расстояние между осями опор называют длиной пролета lп, или просто пролетом. Этот провод непосред­ственно вступает в контакт с токоприемниками ЭПС, и поэтому его называют контактным.

Рисунок 2.85 – В простой контактной под­веске контактный провод 1 подвешива­ют на гибком тросе 2 к кронштейну 3, расположенному на опоре 4. Гибкие тросы применяют при необходимости повышения эластичности подвески у опор

 

 

 Качество токосъема во многом зависит от стрелы провеса контактного провода. Стрела провеса – это расстояние, изме­ряемое в плоскости расположения провода между точкой его подвеса и точкой наибольшего    провисания.    Стрела провеса тем больше, чем больше нагрузка на провод, и тем меньше, чем силь­нее  натянут   провод.   От   длины пролета стре-

ла провеса провода находится в квадратичной зависимости: например, при уменьше­нии пролета в 2 раза стрела провеса уменьшится в 4 раза.

Если не принять специальных мер для поддержания натя­жения провода на определенном уровне, его натяжение и стрела провеса будут изменяться при колебаниях температуры и нагруз­ки. При увеличении температуры длина провода возрастает, а значит, увеличивается его стрела провеса и снижается натя­жение. При понижении температуры длина провода уменьшается, что вызывает уменьшение стрелы провеса и увеличение натяже­ния.

Стрела провеса провода будет меняться и при изменениях нагрузки на него. Например, в случае образования на проводе гололедных отложений нагрузка увеличится, и стрела провеса станет больше. Иногда во время сильных гололедов она даже больше, чем при максимальной температуре воздуха. Под давле­нием ветра нагрузка, действующая на провод, также увеличива­ется, и провод отклоняется в сторону от вертикального положения. Это отклонение и стрела провеса провода (в плоскости его откло­нения) будут тем больше, чем сильнее ветер.

Чтобы обеспечить лучшее качество токосъема, стремятся иметь небольшие стрелы провеса контактного провода, так как при этом токоприемник меньше перемещается по вертикали и ему легче следовать  за   изменениями

 высоты контактного провода.

Уменьшения стрелы провеса контактного провода можно до­стичь, снижая нагрузку на провод, уменьшая длину пролета и увеличивая натяжение. Лучше всего было бы уменьшить длину пролета, но это нежелательно, так как возрастет число опор и, следовательно, увеличится стоимость контактной сети. Из­менить нагрузку на провод, за исключением удаления гололедных образований, нельзя – она определяется весом самого провода. Повысить натяжение провода можно, но только до предела, определяемого максимальным допускаемым в условиях эксплуа­тации значением – оно ограничено прочностью провода. Поэтому, если необходимо существенно уменьшить стрелу провеса кон­тактного провода, приходится усложнять контактную подвеску.

Большое значение для достижения бесперебойного токосъема имеет также равномерность эластичности контактной подвески вдоль пролета. Эластичность подвески характеризует ее способ­ность подниматься под воздействием токоприемника. Чем меньше разница в высоте подъема контактного провода в разных местах пролета, тем более плавно движется токоприемник и надежнее его контакт с проводом.

Эластичность измеряют отношением высоты, на которую под­нялся контактный провод, к силе нажатия токоприемника, выз­вавшей этот подъем. Величину, обратную эластичности контактной подвески, называют ее жесткостью. Жесткость подвески пока­зывает, какую силу нужно приложить к данной точке, чтобы поднять подвеску на 1 м. Эластичность простой контактной под­вески вдоль пролета резко неравномерна – наибольшая в сере­дине пролета, наименьшая – в точках подвеса.

Осложняет токосъем наличие на контактной подвеске жест­ких точек. Жесткой называют такую точку на подвеске, в ко­торой эластичность значительно меньше, чем в середине про­лета. При простой контактной подвеске каждая точка подвеса является жесткой. Следовательно, нежелательно уменьшать длину пролета как по экономическим соображениям, так и потому, что растет число жестких точек.

Простые контактные подвески обеспечи­вают удовлетворительный токосъем при сравнительно неболь­ших скоростях движения. Их в основном применяют для трамваев и троллейбусов. Поэтому простую подвеску называют иногда трам­вайной.

Цепные контактные подвески (рисунок 2.86) применяют на магистраль­ных и пригородных электрифицированных участках во всех стра­нах. В та

clip_image187кой подвеске контактный провод в пролете между опо­рами висит не свободно, а на часто расположенных проволо­ках – так называемых струнах, которые прикреплены к другому, расположенному выше проводу, называемому несущим тросом. Для того чтобы контактный провод занимал опреде­ленное положение относительно оси токоприемника и не откло­нялся от нее под действием ветра на недопустимое расстояние, на опорах устанавливают

 

Рисунок 2.86 – В цепной контактной подвеске контактный провод 1 подвешивают на струнах 5 к несущему тросу 2, на опоре 3 устанавливают консоль 4 и фиксатор 6

 

 

  

специальные устройства – фиксаторы.

Преимущества цепной подвески по сравнению с простой заключается в следующем. В цепной подвеске при определенных температуре и нагрузке благодаря наличию несущего троса можно задать любую стрелу про-

веса контактного провода, подобрав соответствующие длины струн в пролете. Можно достигнуть и так называемого беспровесного положения контактного провода, при котором нижние концы всех струн находятся на одном и том же расстоянии от головок ходовых рельсов. В этом случае счи­тают, что контактный провод располагается по прямой линии и его стрела провеса равна нулю. Для того чтобы при простой подвеске получить такие же стрелы провеса контактного провода, как между струнами цепной подвески, надо при прочих одинако­вых условиях уменьшить длину пролета между опорами до рас­стояния между струнами, что совершенно неприемлемо. Малые стрелы провеса контактного провода позволяют при цепной под­веске смягчить, уменьшить жесткость точек вблизи опор, т. е. улуч­шить качество токосъема. Эластичность цепной подвески можно выровнять не только увеличением ее у опор, но и снижением в средней части пролета.

Изменения стрел провеса контактного провода при цепной подвеске в основном зависят от изменений стрел провеса несущего троса, а не от их абсолютных размеров. Если устранить изменения стрелы провеса несущего троса, то можно считать, что стрела провеса контактного провода будет неизменной.

Стрелы провеса контактного провода между струнами можно довести до чрезвычайно малых, практически не ощутимых для токоприемника значений, поддерживая определенное натяжение контактного провода и уменьшая расстояние между струнами.

Высота подвески  контактного провода над уровнем верха головки  рель-

са должна быть на перегонах и станциях не ниже 5750 мм и не должна превышать 6800 мм. В гори­зонтальной плоскости контактный провод закреплен фиксаторами так, что  относительно оси пути он подве­шен  зигзагообразно  с  отклонением у каждой опоры на ±300 мм. Благодаря этому контактный провод достаточно устойчив против ветра и не перетирает контактные пластины токоприемников.

При цепных подвесках, как видим, значительно улучшается качество токосъема. Кроме того, удается выполнять довольно большие пролеты между опорами (примерно вдвое большие, чем при простых подвесках) и обеспечивать движение поездов с очень высокими скоростями (300 км/ч и более).

 

 

Рисунок 2.87 – Профиль контактного проводаМФ

 

 clip_image189Наибольшее распространение получили мед­ные фасонные (МФ) контактные провода из твердотянутой электро­литической меди сечением 85, 100 и 150 мм2 (рисунок 2.87). Их заменяют через 6–7 лет и более. Износ контактных проводов снижает сухая графитовая смазка полозов токо­приемников, применение угольных полозов и износостойких медно-кадмиевых и медно-магниевых кон­тактных проводов.

 Опоры применяют железобетон­ные (рисунок 2.88) и  металлические  (рисунок  2.89).  Расстояние   от  оси

clip_image191 

 

крайнего пути до внутреннего края опор контактной сети на перего­нах и станциях должно быть не  менее  3100  мм.  На  существующих электрифицированных линиях, а так­же в особо трудных условиях на вновь электрифицированных линиях расстояние от оси пути до внутрен­него края опор допускается не менее 2450 мм на станциях и 2750 мм на перегонах.

Биметаллические несущие   тросы  имеют  сечение до 95 мм2, а медныедо 120 мм2.  С помощью  изоляторов их подвешивают к консолям, укрепленным на опорах, или к жест­ким и гибким поперечинам, пере­крывающим железнодорожные пути. Струны из сталемедной проволоки выполнены так, что они не мешают подъему контактного провода токо­приемниками. Фиксаторы делают легкими и подвижными, чтобы при прохождении токоприемника воз­никали удары.

На крупных станциях контактные провода подвешены только на путях, предназначенных для приема и отправления поездов на перегоны с электротягой, а также на путях электровозных и мотор-вагонных де­по. На промежуточных станциях, где маневры выполняются электро­возами, контактной сетью оборудо­ваны осе пути. Над стрелочными переводами контактная сеть

имеет воздушные стрелки, образуемые пе­ресечением двух контактных под­весок.

Устройство контактной сети на раздельных пунктах приведено на рисунке 2.90.

clip_image194 

Рисунок 2.90 – Устройство контактной сети на раздельном пункте: поперечный несушнй трос 2, верхний 4 и нижний 7 фиксирующий тросы крепят к металлическим опорам /; тросы друг с другом соединяют электрическими  оединителями 3;  в  нижнем  тросе  устраивают  нейтральные  участки 5  и

устанавливают секционирующие изоляторы6 

 

Для надежной работы и удоб­ства обслуживания контактную сеть делят на отдельные участки (сек­ции) с помощью воздушных про­межутков и нейтральных вставок (изолирующих сопряжений), а также секционных и врезных изоляторов. При проходе токоприемника элект­роподвижного состава по воздуш­ному промежутку он кратковремен­но электрически соединяет обе сек­ции контактной сети. Если по усло­виям питания секций это недопусти­мо, то их разделяют нейтральной вставкой, состоящей из нескольких последовательно включенных воз­душных промежутков. Применение таких вставок обязательно на участ­ках переменного тока, когда смеж­ные секции питаются от разных фаз трехфазного тока. Длина нейтраль­ной вставки устанавливается с таким расчетом, чтобы при любых комбинациях поднятых токоприем­ников подвижного состава пол­ностью исключалось одновременное замыкание контактных проводов нейтральной вставки с проводами при­легающих к ней секций контактной сети. В отдельные секции выделяют перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях отдель­ные группы электрифицированных путей. Соединяют или разъединяют секции секционными разъединителя­ми, установленными на опорах контактной сети. Между соседними тяговыми подстанциями размещают посты секционирования, оборудо­ванные автоматическими выключа­телями для защиты контактной сети от коротких замыканий.

С целью безопасности обслужи­вающего персонала и других лиц, а также для улучшения защиты от токов короткого замыкания зазем­ляют или оборудуют устройствами защитного отключения металличес­кие опоры и элементы, к которым подвешена контактная сеть, а также все металлические конструкции, рас­положенные ближе 5 м от частей контактной сети, находящихся под напряжением.

Для снабжения электроэнергией линейных железнодорожных и район­ных потребителей на опорах кон­тактной сети дорог постоянного тока подвешивают специальную трехфаз­ную линию электропередачи на­пряжением 10 кВ. Кроме того, в необходимых случаях на этих опорах размещают провода теле­управления тяговыми подстанциями и постами секционирования, низко­вольтных осветительных и силовых линий и др.

Безопасность  обслуживающего персонала и других лиц и увели­чение надежности защиты контакт­ной сети от токов короткого замы­кания обеспечиваются заземлением устройств, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции или соприкоснове­ния их с оборванными проводами. Заземляют все металлические опоры и конструкции, расположенные на расстоянии не менее 5 м от контакт­ной сети. В зоне влияния контактной сети переменного тока зазем­ляют также все металлические соору­жения, на которых могут возник­нуть опасные наведенные напря­жения.

На электрифицированных доро­гах рельсы используют для пропуска тяговых токов, поэтому верхнее строение пути на таких дорогах имеет следующие особенности:

·  к головкам рельсов с наружной стороны колеи прикреплены  (приваре­-

ны) стыковые соединители из мед­ного троса, вследствие чего умень­шается электрическое сопротивление рельсовых стыков;

·  применяют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэлектри­ческими свойствами. Зазор между подошвой рельса и балластом делают не менее 3 см;

·  деревянные шпалы пропитывают креозотом, а железобетонные надеж­но изолируют от рельсов резино­выми прокладками;

·  рельсовые нити через определен­ные расстояния электрически соеди­няют между собой, что позволяет уменьшить сопротивление току;

·  линии, оборудованные автоблоки­ровкой и электрической централиза­цией, имеют изолирующие стыки, с помощью которых образованы от­дельные блок-участки. Чтобы про­пустить тяговые токи в обход изо­лирующих стыков, устанавливают дроссель-трансформаторы или час­тотные фильтры.

Питающие и отсасывающие ли­нии (сети) выполняют воздушными или кабельными. Для предохранения подземных металлических сооруже­ний от повреждения блуждающими токами уменьшают сопротивление рельсовых цепей, улучшают их изоляцию от земли, а также устраи­вают специальную защиту.

 

 

 


 Эксплуатация устройств электроснабжения

 

Тяговые подстанции, контактная сеть, мастерские, ремонтно-ревизион-ный цех, складское хозяйство и др. находятся в ведении участков энер­госнабжения (дистанции электро­снабжения), которые обслуживают 150 –250 км линий при постоянном токе или 200–300 км при перемен­ном токе. Тяговые подстанции бы­вают с ручным и телемеханичес­ким управлением. В первом случае управление и контроль за работой оборудования осуществляет эксплуа­тационный персонал, находящийся на подстанциях. Применение теле­механики для дистанционного управ­ления с поста энергодиспетчера основными объектами электроснаб­жения привело к повышению произ­водительности труда и сокращению штатов. Широкое распространение получили метод обслуживания под­станций оперативными бригадами и дежурство на дому. Помещения энергодиспетчерских пунктов оборудуются мнемосхемами электрифицированных участков (рисунок 2.91). Наиболее совер­шенными системами телеуправления устройствами электроснабжения яв­ляется комплекс "Лисна", разраба­тывается АСУЭ на интегральных схе­мах, микропроцессорах и других новейших элементах.

Эксплуатацию контактной сети, а также проводов линий продоль­ного электроснабжения,   высоко­вольтных линий СЦБ и линий напряжением до 400 кВ на перего­нах осуществляют районы кон­тактной сети. В составе энерго­участка имеется несколько таких районов протяженностью 30–50 км эксплуатационной длины. На дежур­ных пунктах районов расположены помещения для персонала, мастер­ские, гаражи для автомотрис (авто­дрезин)  и автолетучек, склады. Дежурный пункт располагают таким образом, чтобы был обеспечен быст­рый выезд восстановительной авто­мотрисы (автодрезины) на линию. Для оперативных переговоров с энер­годиспетчером и работниками других служб дежурные пункты оборудованы селекторной диспетчерской и дру­гой связью. Переговоры с местами производства работ ведутся с исполь­зованием  переносных телефонов, включаемых в провода линий связи, или телефонов, установленных у сигналов автоблокировки, или радио­связи автомотрис. Внешний вид энергодиспетчерского пункта приведен на рисунке 2.91.

 

clip_image196 

 

Энергодиспетчерская группа ру­ководит бесперебойным питанием электрической энергией контактной сети. В подчинении дежурного энер­годиспетчера находятся работники тяговых подстанций, районов кон­тактной сети и персонал, обслужи­вающий линии электропередачи.

 

   Рисунок 2.91 – Оборудование энергодиспетчерского пункта электрифицированного участка

 

Работники районов контактной сети проверяют состояние контакт­ной сети, обеспечивают ее текущее содержание, ремонтируют и восста­навливают. Ряд работ по обслужи­ванию и ремонту сети выполняется без снятия напряжения и перерыва движения поездов. При производстве таких работ особое внимание уде­ляют соблюдению правил техники безопасности.

Для обеспечения надежного то­косъема в зимнее время применяют­ся  ме-

ры борьбы со льдом, образую­щимся на контактных проводах. Уда­ление льда достигается нагреванием контактных проводов путем подачи боль­ших токов или механическими спосо­бами с помощью вибротокоприемни­ков, скребков и других устройств.

 

 

 

 

 


Автоматика и телемеханика (А и Т)

 

Железнодорожный транспорт оснащен современными  устройствами  и системами для автоматического и телемеханического  управления  различными производственными процессами во всех службах  и  хозяйствах железных дорог: ЭВМ, системами телеуправления тяговыми  подстанциями электрифицированных железных  дорог,  пунктами  водоснабжения  и другими устройствами, комплексом устройств для  автоматизации  процессов обслуживания пассажиров на вокзалах, автоматикой  в  локомотивном и вагонном хозяйствах и т. д.

 Автоматизированные системы управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ) включают в себя ряд подсистем более  низкого  уровня: сортировочных станций (АСУСС), оперативного  управления  перевозочным процессом (АСУОП) и др.

К устройствам автоматики и телемеханики, при помощи которых осуществляется регулирование движения поездов и  обеспечивается  безопасность их следования по перегонам, относятся устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ).

Основным назначением устройств СЦБ на железнодорожном транспорте является обеспечение безопасности и четкой организации движения поездов и маневровой работы.

Благодаря механизации и автоматизации операций по регулированию движения поездов и маневровой работы эти устройства способствуют повышению производительности труда за счет уменьшения числа работников, занятых на производстве, увеличению пропускной  способности перегонов и станций, ускорению движения поездов и улучшению использования подвижного состава.

Устройства СЦБ условно подразделяются на перегонные и станционные.

Основными средствами СЦБ на перегонах являются: путевая автоматическая блокировка, автоматическая локомотивная сигнализация и автостопы, устройства диспетчерского контроля за движением поездов, автоматическая поездная сигнализация с автошлагбаумами, а также полуавтоматическая блокировка и электрожезловая система, хотя они и не обладают высокими качествами автоматических систем.

Автоматическая блокировка (АБ). При АБ межстанционные перегоны делятся на более короткие перегоны –  блок-участки (длиной 1000 – 3000 м) и на их границах устанавливают автоматически действующие проходные светофоры.

Во время отправления поезда со станции разрешение машинисту занять блок-участок подается светофором, открываемым дежурным по станции.

Схема разграничения поездов при трёхзначной автоблокировке приведена на рисунке 2.92. 

clip_image198Поезда, находящиеся на перегоне, движутся по сигналам проходных светофоров. Нормально проходной светофор открыт, разрешая поезду занять блок-участок. Как только поезд вступает на ограждаемый участок, светофор автоматически закрывается, запрещая следующему поезду движение на этот участок пути до полного его освобождения.

Рисунок 2.92  – Разграничение поездов  на перегоне при кодовой автоблокировке

 

  Автоблокировка бывает с  2-значной (метро),  3-,

  4-значной (скоростные ма-

гистрали и пригородные участки) сигнализацией.

Рисунок 2.92 – Принцип действия кодовой автоблокировки

 

 Автоблокировка позволяет применять пакетные графики движения поездов (см. рисунок 2.49). Интервал между поездами в пакете определяется по формуле

 

                                                I = (3lбу + lп ) / vх,                                       (2.21)

 

где lбу – длина блок-участка, км; lп – длина поезда, км; vх – ходовая скорость движения, км/ч.

Релейная полуавтоматическая блокировка (ПАБ). Полуавтоматической она называется потому, что часть действий по изменению показаний сигналов производится автоматически (от воздействия поездов), а часть – работниками, занятыми  приемом,  отправлением и пропуском поездов.

Каждый межстанционный перегон со стороны станции  огражден  выходными светофорами. Нормально выходные светофоры закрыты.

При ПАБ на перегоне (однопутном) может  находиться  только  один поезд (см. рисунок 2.49 – пачечная прокладка).

Отправление очередного попутного  поезда  на  перегон  со станции А возможно только после освобождения перегона первым поездом и  подтверждения этого дежурным по станции Б нажатием кнопки "Дача прибытия" и  после "Дача согласия" на отправление очередного поезда.

Электрожезловая система.  Применяется на  малодеятельных участках.

 Разрешением машинисту на занятие перегона является жезл этого перегона.

Станции, ограничивающие перегон, оборудуются аппаратами для хранения жезлов, которые связаны между собой электрической зависимостью. Жезл из аппарата можно вынуть только при наличии в аппаратах в сумме четного числа жезлов и подачи с соседней  станции  с  помощью индуктора тока, открывающего специальную блокировочную защелку на аппарате.

Телефонные средства связи обеспечивают малую пропускную способность перегонов из-за значительных затрат времени на станционные интервалы, необходимые для переговоров дежурных смежных станций и ведения журналов установленной формы. Поэтому движение поездов при телефонных средствах связи осуществляется только при отказе основных средств сигнализации и связи по движению поездов. Разрешением машинисту на занятие перегона при телефонных средствах связи служит путевая записка, выписываемая дежурным по станции отправления после согласования с дежурным по соседней станции. Переговоры по движению поездов осуществляются в виде телефонограмм, которые записываются в специальный журнал поездных телефонограмм.

Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС) и автостопы. При плохой видимости из-за тумана, снегопада, дождя и др. машинист не всегда может своевременно различать показания  светофора  и может проехать запрещающий сигнал. Чтобы  исключить  такие  случаи, участки с АБ дополняют устройствами АЛС. Она предназначена для  передачи показаний путевого светофора, к которому следует  поезд,  на локомотивный светофор, установленный в кабине машиниста.

Дополнительно к устройствам АЛС  на  локомотивах  устанавливают автостопы, которые служат для автоматической остановки  поезда,  если  машинист не примет мер к торможению и  своевременной  остановке поезда перед светофором с запрещающим движение показанием (сигналом красного цвета).

    В зависимости от способа передачи сигнальных показаний  путевых сигналов на локомотив (непрерывно или только в определенных  точках пути) различают АЛС непрерывного типа с автостопом (АЛСН) и АЛС точечного типа с автостопом (АЛСТ).

Устройство диспетчерского контроля за движением поездов. На линиях, оборудованных автоблокировкой, применяют устройства диспетчерского контроля (ДК), предназначенные для дачи поездному диспетчеру информации об установленном направлении движения на участках однопутной блокировки, занятости блок-участков, главных и приемо-отправочных путей промежуточных станций, показаниях входных и выходных светофоров, а также автоматических переездных устройств. На железных дорогах применяют систему частотного диспетчерского контроля (ЧДК). С перегонов информация о состоянии контролируемых объектов по специально выделенным проводам сначала передается на промежуточные станции, а затем по цепи диспетчерского контроля поступает на центральный диспетчерский пункт.

clip_image200 

 

 


Автоматическая переездная сигнализация и автошлагбаумы 

 

Переезды устраиваются в местах пересечения железной дороги автомобильными дорогами. Переезды бывают регулируемые (рисунок 2.93), на которых движение автотранспортных средств через переезд регулируется устройствами  переездной сигнализации, а также дежурным работником, и  нерегулируемые, на которых  возможность  безопасного переезда  определяется  водителями транспортных средств. В некоторых случаях  переездная  сигнализация обслуживается дежурным работником.

Рисунок 2.93  – Оборудование

регулируемого переезда

 

  Такие    переезды    называются  охраняемыми,   а  не   обслуживаемые – неохраняемыми.    К переездным ограждающим устройствам относятся: переездная  автоматическая светофорная  сигнализация,  автоматические  шлагбаумы, электрошлагбаумы и механические шлагбаумы. Нормальное положение автоматических шлагбаумов открытое, а электрошлагбаумов и механизированных шлагбаумов, как правило, закрытое.

К станционным устройствам автоматики и  телемеханики  относят прежде всего устройства СЦБ, которые служат для управления стрелками и сигналами и  обеспечения таких взаимных зависимостей между ними, при которых  исключается открытие сигнала  в случае  неправильно  установленных  и  незапертых стрелок, а при открытом сигнале не допускается перевод  тех  стрелок, по которым предусмотрен пропуск поезда,  маневры  и т. д.

Основными техническими средствами СЦБ  на  станциях  служат  ЭЦ стрелок и сигналов, горочная автоматическая  централизация  (ГАЦ)  и  дис-

петчерская централизация (ДЦ).

Диспетчерской централизацией (ДЦ) называются  устройства, которые на участках дорог дают возможность управлять движением поездов из одного пункта одним лицом (поездным участковым диспетчером – ДНЦ). ДЦ позволяет обеспечить: управление из одного пункта стрелками и сигналами ряда станций и перегонов; контроль за положением и занятостью  перегонов, путей на станциях и прилегающих к ним блок-участков, повторение показаний сигналов и т. д. При ДЦ все промежуточные станции оборудуются  электрической централизацией (ЭЦ), а перегоны – автоблокировкой.        Протяженность диспетчерского участка составляет 100 – 150 км с числом промежуточных станций 10 – 15. Применяются ДЦ типа "Нева", "Луч", "Минск", "Днепр".

Горочная автоматическая централизация (ГАЦ). На крупных станциях поезда расформировываются и формируются на сортировочных горках.  Состав надвигают на горку, откуда отдельные вагоны или группы вагонов (отцепы) скатываются на пути сортировочного (подгорочного) парка, специализированные по назначениям плана формирования. Управление централизованными стрелками, сигналами и  замедлителями (рисунки 2.94, 2.95) для торможения вагонов ведут с одного горочного поста.

Рисунок 2.94 – Горочный замедлитель

 

 clip_image202Для расформирования составов и повышения перерабатывающей  способности сортировочные горки оснащены комплексом автоматических устройств, в состав которых входит ГАЦ, обеспечивающая автоматический перевод стрелок для каждого отцепа, скатывающегося с горки по заданному маршруту на подгорочный путь. Устройства ГАЦ состоят из стрелочных  электроприводов, электрических рельсовых цепей и другого оборудования.

clip_image204Система  ГАЦ  может  работать  в

программном автоматическом и  маршрутном режимах.

Рисунок 2.95 – Принцип действия горочного замедлителя

 

 Электрическая централизация стрелок и сигналов (ЭЦ). Электрическая централизация предназначена для управления стрелками и сигналами станций с использованием электрической энергии. При ЭЦ дальность управления стрелками и сигналами практически не ограничена, поэтому с одного поста можно управлять большим    числом   объек-

тов.

Согласно ПТЭ устройства ЭЦ не должны допускать:

·  открытия входного светофора при  маршруте,  установленном  на занятый путь;

·  перевода стрелки под подвижным составом;

·  открытия светофоров, соответствующих данному  маршруту,  если стрелки не поставлены в надлежащее положение, а светофоры  враждебных маршрутов не закрыты;

·  перевода входящей в  маршрут  стрелки  и  открытия  светофора враждебного маршрута при открытом светофоре,  ограждающем  установленный маршрут.

На железных  дорогах  принята  система  релейной  централизации (РЦ), в которой все необходимые  зависимости  и  замыкания  осуществляются с помощью реле.

Широко  применяется  блочная  маршрутно-релейная  централизация (БМРЦ), позволяющая приготовить маршрут поезду, указав  только  его начало и конец, стрелки в маршруте переводятся автоматически (рисунок 2.96).

ЭЦ по сравнению с ручным управлением стрелками увеличивает пропускную способность горловин в 1,5 – 2 раза, позволяет сократить штат станционных работников на 30 – 50 человек на каждые 100 централизованных стрелок, повышает производительность труда работников службы перевозок  и  связи  на  35 – 50 %,

надежно обеспечивает безопасность движения.

 

 

 


Система сигнализации и виды связи

 

Железнодорожная сигнализация представляет собой систему условных знаков, при помощи которых передаются приказы и указания, касающиеся движения поездов и маневровой работы.

Сигналом называется условный видимый или звуковой знак, с помощью которого подается определенный приказ.

Сигналы делятся на видимые и звуковые, видимые,  в свою очередь, – на дневные, ночные и круглосуточные.

Видимые сигналы выражаются: цветом огней, щитов, флагов, дисков; числом и взаимным положением сигнальных показаний; режимом горения сигнальных огней и формой переносных сигнальных щитов. Преимущество – возможность передачи приказа на большие, по сравнению со звуковым сигналом, расстояния.

Звуковые сигналы выражаются числом и сочетанием звуков  различной продолжительности. Значение их днем и ночью одно и то же.

Видимые сигналы в зависимости от сигнальных приборов,  которыми их подают, классифицируются:

·  на постоянные (светофоры, устанавливаемые в определенных  местах железнодорожного пути, и локомотивные светофоры);

·  переносные (щиты, флаги, фонари  на  шестах,  предназначенные для временного ограждения тех или иных участков пути  и  подвижного состава);

·  ручные (флаги, диски, фонари, посредством которых  подают  на поезда различные команды и указания);

·  поездные (диски, флаги и  фонари  для  обозначения  головы  и хвоста поезда).

Кроме сигналов применяются видимые сигнальные знаки и  указатели (маршрутные, стрелочные, путевого заграждения и т. д.).

В качестве постоянных сигналов применяются  с в е т о ф о р ы. Они делятся на основные и предупредительные, которые извещают о приближении к основным сигналам и их показании.

Основные сигналы делятся:

·  на входные;

·  выходные;

·  проходные, расположенные на перегоне;

·  маршрутные, разрешающие или запрещающие переезд из одного района станции в другой;

·  прикрытия для ограждения от пересечения в одном уровне железной дороги с другими дорогами.

Основными сигнальными цветами на железнодорожном транспорте являются:

·  красный, запрещающий движение;

·  желтый – разрешает движение и требует снижения скорости;

·  зеленый, разрешающий движение с установленной скоростью;

·  синий – используется как запрещающий на маневровых светофорах;

·  лунно-белый – применяется как  разрешающий  маневровый  и  как пригласительный на входных, выходных и маршрутных светофорах;

·  прозрачно-белый – используется в ручных фонарях, поездных сигналах, указателях гидроколонок;

·  молочно-белый – применяется  в  стрелочных  указателях  и указателях путевого заграждения.

Сигналом остановки "Стой" являются: красный огонь светофора, фонаря; красный цвет флага или диска; движение по кругу фонаря с огнем любого цвета (ночью), флага, руки или какого-либо предмета (днем); непонятное показание сигнала.

Звуковые сигналы: "Стой" – три коротких гудка (…);  "Отправится  по-

езду" – один длинный (- ); "Сигнал бдительности" – один короткий и один длинный (. -); "Общая тревога" – один длинный и три коротких (- …); "Пожарная тревога" – один длинный и два коротких (- ..); "Воздушная тревога" – ряд коротких звуков (…….) в течение  2 –3 минут; "Радиационная опасность" или "Химическая тревога" – один длинный и один короткий (- .). Взрыв петарды требует немедленной остановки.

Поезда обозначаются: грузовые и пассажирские с головы – днем – негорящими фонарями у буферного бруса, ночью – двумя прозрачно-белыми огнями фонарей у буферного бруса.

Хвост поезда обозначается: грузового – днем и ночью красным диском со светоотражателем у буферного бруса с правой стороны; пассажирского – днем и ночью тремя красными огнями (два на кронштейнах и один внизу с правой стороны у буферного бруса).

Маневровые локомотивы ночью должны иметь впереди и сзади на буферных брусьях со стороны основного пульта управления локомотива по одному прозрачно-белому огню.

    Для руководства движением поездов и работой линейных  подразделений железные дороги имеют различные виды связи:  телефонную,  телеграфную и радиосвязь.

    Связь разделена на магистральную, дорожную, отделенческую, местную (станционную) сети.

Магистральная (телефонная и телеграфная) предназначена для связи министерства и управления дороги с отделениями дорог и крупными станциями,  а  также последних между собой;

дорожная (телефонная и телеграфная) – для связи работников управления дороги с отделениями дорог и крупными станциями, а также последних между собой;

местная (телефонная) – для служебных переговоров работников различных служб, находящихся в одном пункте;

постанционная – для связи работников станций участка между собой. Её организуют в пределах одного участка с выходом через коммутатор в дорожную связь для переговоров с отделениями и управлением дороги;

поездная диспетчерская – для служебных переговоров поездного диспетчера со станциями своего участка;

поездная межстанционная – для служебных переговоров дежурных смежных станций по вопросам движения поездов;

перегонная – для служебных переговоров руководителей путевых работ, электромехаников СЦБ и контактной сети, находящихся на перегоне, с дежурными по станциям, ограничивающим данный перегон.

Кроме того бывает связь: линейно-путевая, энергодиспетчерская, стрелочная, станционная распорядительная, связь электромехаников, вагонная диспетчерская, дорожная распорядительная,  билетно-диспетчерская,  ин-

формационная, связь передачи данных в ВЦ, связь  совещаний.

Преимуществом радиосвязи по сравнению с проводной является  то, что она дает возможность вести переговоры с работниками,  находящимися в движении (машинистами локомотивов, составителями и т. д.).

    Различают радиосвязь поездную, станционную и ремонтно-оперативную.

    Поездная радиосвязь предназначена для  обеспечения  непрерывной двусторонней связи между поездным диспетчером и машинистами  локомотивов, находящихся в пределах диспетчерского  участка;  машинистом и дежурным по ближайшей станции и машинистов встречных  поездов между собой.

Станционная радиосвязь бывает нескольких видов: маневровая, горочная и т. д.

Маневровая радиосвязь обеспечивает подвижную двустороннюю связь маневрового диспетчера (дежурного по станции, составителя  поездов) с машинистами маневровых локомотивов в пределах территории станции.

Горочная радиосвязь применяется для переговоров дежурного по  горке с машинистами горочных локомотивов.

Ремонтно-оперативная связь предназначена для управления ремонтными работами на перегонах.

Радиорелейная связь служит для одновременной передачи большого числа телефонных разговоров и телевизионных программ.

    Существует два вида проводных линий,  используемых  в  качестве каналов в системах железнодорожной автоматики, телемеханики и связи:  воздушные и кабельные. Ведется строительство волоконно-оптической линии связи.

    На дорогах, электрифицированных переменным  током,  применяют только кабельные линии связи и автоматики.

    Кабельные линии связи и автоматики бывают воздушные,  подземные и подводные.