Рельсовые цепи

Изолирующие стыки. Электрические стыковые соединители. Стыковые соединители головочного типа. Соединители сварного типа. Стыковые соединители с механическим закреплением. Рельсосверлильные станки. Утечка в рельсовой цепи. Нейтральные и поляризованные рельсовые цепи. Типы рельсовых цепей. Лопнувшие рельсы и их замена. Кодовые рельсовые цепи.

Рельсовой цепью называется электрическая цепь, составной частью которой являются рельсовые нити. Главное назначение рельсовой цепи — обнаруживать присутствие поезда или подвижного состава на участке пути, образующем рельсовую цепь. Рельсовые цепи являются основным элементом автоматической блокировки и применяются для различных целей в устройствах точечной и диспетчерской централизации, при ограждении переездов, в устройствах поездной авторегулировки, а также на механизированных сортировочных станциях.
Рельсовые цепи
Изолирующие стыки. Рельсовые цепи отделяются одна от другой изолирующими стыками в каждом их конце. Такими стыками оборудуются также стрелочные переводы. В состав изолирующего стыка входят изолирующие части, такие, как торцовые прокладки, болтовые втулки, нижние и боковые прокладки, изготовленные из твердой фибры и собираемые вместе со стальными угловыми накладками и болтами (рис. 1). На стрелках должны быть изолированы переводные тяги и сквозные полосы во избежание электрического соединения двух рельсовых нитей. На мостах с металлическим настилом необходимо изолировать от металла моста один из рельсов, а лучше оба. Один конец рельсовой цепи соединяется с источником электрической энергии, например с батареей, а к другому присоединяется реле. Нормально батарея подает ток по рельсовым нитям к катушкам реле. Реле, получая питание, возбуждается и держит свои контакты притянутыми. Эти контакты включаются в цепь управления сигналами или в другие цепи в соответствии с требованиями.
При занятии поездом рельсовой цепи значительная часть тока батареи проходит через колесные скаты подвижного состава; в результате этого происходит шунтирование цепи и напряжение в реле снижается до такой степени, что якорь его отпадает, а контакты размыкаются.
Этот тип нормально замкнутой рельсовой цепи удовлетворяет требованиям, согласно которым повреждение в батарее или проводах должно вызвать заграждающее показание соответствующего сигнала.
При сложных схемах путевого развития, когда трудно организовать двухниточные рельсовые стыки, оборудуются однониточные рельсовые цепи. На некоторых электрифицированных дорогах, где один рельс используется для обратного тока, изолирующие стыки также устраиваются только в одной рельсовой нити. Недостаток таких цепей заключается в том, что здесь неисправный изолирующий стык представляет значительно большую опасность, чем такой же стык в двухниточной рельсовой цепи.
На путях электрифицированных линий, где для пропускания обратного тягового тока используются обе рельсовые нити, концы смежных рельсовых цепей соединяются стыковыми дросселями. Стыковые дроссели пропускают тяговый ток, но препятствуют прохождению токов рельсовых цепей.
Электрические стыковые соединители. Ржавчина и пленка на поверхностях прилегания стыковых накладок к рельсу создают дополнительное сопротивление прохождению тока в рельсовой цепи. Во избежание нарушения работы рельсовых цепей вследствие большого сопротивления в рельсовых стыках, а также для создания небольшого и одинакового сопротивления между рельсовыми концами применяются стыковые соединители между рельсами. Наличие таких соединителей исключает один из переменных факторов в работе электрических цепей. При соответствующем регулировании факторов, относящихся к шпалам и балласту, малое сопротивление стыковых соединителей позволяет применять более длинные рельсовые цепи, а также более низкие рабочие напряжения, что уменьшает утечку тока через балласт и улучшает контроль лопнувших рельсов.

Стыковой соединитель головочного типа
Рис. 2. Стыковой соединитель головочного типа
Рельсовый соединитель прежнего типа, который еще применяется в настоящее время, состоит из двух железных оцинкованных или стальных проволок, концы которых закрепляются в штепселях. Штепсели забиваются в отверстия диаметром 7 мм, просверливаемые в шейке рельса. Штепсель имеет конусную форму и, будучи забит, создает прочное соединение провода с рельсом. От вибрации при движении поездов провод может кристаллизоваться и в конце концов разорваться; это происходит чаще всего у штепселя.
Для уменьшения числа повреждений, вызываемых поломкой соединителей, некоторые железные дороги применяют тросовые соединители, сплетенные из семи проволок № 12 из оцинкованной стали или стали «Копперуэлд». Каждый конец троса приварен к головке стального штепселя, рассчитанного на отверстие диаметром 19 мм. Другие дороги применяют соединители из двух сплетенных вместе проводов, каждый из которых состоит из семи проволок диаметром 2 мм, концы этих проводов также привариваются к штепселям.

сверление рельс
Все рассмотренные соединители превышают по своей длине угловые стыковые накладки. Соединители прикрепляются к рельсам штепселями, забиваемыми в отверстия в шейке рельсов. Такие соединители можно укладывать между стыковыми накладками и рельсами, но это вызывает коррозию в таком месте, которое нельзя осматривать, кроме того, при смене стыковых болтов соединители могут быть повреждены. Поэтому большинство дорог укладывает соединители снаружи стыковых накладок, а также над стыковыми болтами или ниже их. Для того чтобы соединители не меняли своего нормального положения, их закрепляют скобами, которые пропускают под головки болтов.
Стыковые соединители головочного типа. Для улучшения контроля лопнувших рельсов в пределах стыковых накладок и включения заграждающего показания, если в результате среза стыковых болтов зазор между рельсами превысит 2,5 см, многие дороги широко применяют короткие тросовые соединители, концы которых прикрепляются к головке рельсов вблизи их концов. Длина таких соединителей в установленном виде колеблется между 9 и 11,4 см (рис. 2).

Стыковые соединители головочного типа прикрепляются к головке рельса приваркой или механически с использованием штепселей. Оба способа прикрепления обеспечивают низкое и неизменное сопротивление между соединителем и рельсом.
Соединители сварного типа. Существует два способа приварки рельсовых соединителей. Кислородно-ацетиленовая сварка создает соединение, отличное со всех точек зрения, при условии, если работа выполняется специалистом по газовой сварке. Вторым способом является меднотермитная сварка, при которой используется расплавленная медь, получаемая в результате воспламенения смеси из порошка алюминия и окиси металла. При применении тигельной формы, которая автоматически направляет текущую расплавленную медь к манжете соединителя и к рельсу, получаются сварочные швы равномерной прочности.
Стыковые соединители с механическим закреплением.
Стыковые соединители, закрепляемые механически в головке рельсов, выполняются с наконечниками, имеющими медную вставку. Первой операцией при прикреплении рельсового соединителя такого типа является просверливание двух отверстий диаметром 10 мм, глубиной 6 мм, на расстоянии 10 мм от нижней плоскости головки рельса и на расстоянии 10 см одно от другого. Затем в просверленные отверстия вставляют наконечник соединителя и развальцовывают его, забивая в него расширительный штифт. Тремя сильными ударами плоского молотка весом 0,9 кг штифт загоняют в отверстие наконечника, прижимая его ко всем сторонам отверстия. Таким образом, отверстие полностью заполняется, чем исключается возникновение коррозии, снижающей надежность электрического контакта.
Рельсосверлильные станки. Для сверления отверстий, необходимых для установки соединителей при оборудовании новых устройств СЦБ или при укладке новых рельсов, применяются передвижные рельсосверлильные станки с приводом от небольшого бензинового двигателя (рис. 3). Некоторые станки «бригадного» типа просверливают одновременно два или большее число отверстий. При одиночной смене рельсов применяются ручные рельсосверлильные станки (рис. 4).
Для надлежащего электрического контакта, который оставался бы постоянным в течение всего срока службы рельсового соединителя, требуется, чтобы размер отверстий был точным. Для того чтобы отверстия имели правильную круглую форму и точный размер, следует точить сверла специально предназначенным для этого станком, так как точить сверло точно, держа его в руках, умеют немногие. Поэтому некоторые дороги покупают шлифовальные станки и держат их в центральных пунктах, где можно производить заточку всех сверл.
Для успешного применения штепсельных рельсовых соединителей головочного типа необходимо сверлить отверстия на нужную глубину и точного размера; это достигается применением приспособления, регулирующего глубину просверливаемого отверстия и точной заточкой сверл.
Утечка в рельсовой цепи. Рельсовые цепи должны работать при низких напряжениях, в противном случае будет происходить утечка слишком большого количества тока через балластный слой и шпалы, что будет шунтировать цепь и препятствовать действию реле в другом ее конце. Для того чтобы рельсовая цепь работала даже и при низком напряжении, балласт должен не только не прилегать к подошве рельса, но и быть чистым, чтобы образовать хороший дренаж для воды. В балласте не должны содержаться металлические части или пыль, представляющие собой проводник, особенно во влажном состоянии.
При длительной сухой погоде металлическая пыль от проходящих поездов покрывает шпалы и балласт. Эта пыль, будучи смочена теплым дождем, является причиной большой утечки, что вызывает отпадание якоря путевого реле. Сильный дождь смывает пыль в глубину балласта и это уменьшает возможность неправильной работы рельсовой цепи.
На некоторых дорогах локомотивные котлы продуваются между рельсами главного пути и осаждаемые при этом частицы являются причиной отпадания якоря путевого реле. Для предотвращения указанного продувочную трубу отводят в сторону от пути под углом примерно в 45° по отношению к нему.
Опыт показал, что на дорогах, где обращаются тяжелые рефрижераторные составы, стекающий с вагонов соляной раствор пропитывает балласт и даже новые шпалы. При этом установлено, что при холодном дожде сопротивление балласта не снижается, совершенно иное положение возникает при более высокой температуре.
При загрязнении путей солями или грязью необходимо произвести очистку балласта. Установка шпал со свежей пропиткой из хлористого цинка также увеличивает утечку между рельсами, отсюда при смене шпал такие шпалы могут быть установлены в течение сезона в количестве, не превышающем 10% общего числа шпал на каждой рельсовой цепи.
Длина рельсовой цепи ограничивается утечкой тока через балласт и шпалы и сопротивлением стыковых соединителей. При идеальном состоянии пути длина рельсовой цепи может достичь 1 700 м и больше. Однако в обычных условиях длина рельсовой цепи не превышает 1 200—1500 м. При более длинных блок-участках их приходится делить на две или большее количество рельсовых цепей.
Нейтральные и поляризованные рельсовые цепи. Наиболее простой формой рельсовой цепи является нейтральная рельсовая цепь. Реле такой рельсовой цепи регистрирует только два обстоятельства — занятость и незанятость рельсовой цепи. Иначе говоря, при связи сигнала с такой рельсовой цепью на нем могут отображаться два показания — «Стой» и «Путь свободен». При схеме, позволяющей менять полярность в рельсовой цепи, и применении поляризованного реле рельсовая цепь может управлять тремя показаниями сигнала.
Если блок-участок состоит из двух или большего количества рельсовых цепей, схема может быть построена так, что через контакт путевого реле одной рельсовой цепи включается смежная рельсовая цепь. Однако здесь необходимо учесть, что сравнительно большое переходное сопротивление контакта реле может послужить причиной неправильной работы рельсовой цепи. Исходя из указанного, дороги обычно предпочитают применять линейные управляющие сигнальные цепи с включением в эти цепи нейтральных контактов путевых реле всех рельсовых цепей блок-участка.
Типы рельсовых цепей. Наиболее широко применяются рельсовые цепи постоянного тока с питанием от батарей и с установкой реле постоянного тока. Применяются также и рельсовые цепи переменного тока, питание к которым подается через трансформаторы; для таких цепей обычно используются реле переменного тока. Реле переменного тока, применяемые на длинных рельсовых цепях, имеют две обмотки — местную и линейную. Работа реле определяется соотношением фаз между обеими обмотками. Соотношение фаз при летней сырой погоде значительно отличается от такого соотношения при замороженном балласте. Указанное приводит к необходимости производить время от времени соответствующую регулировку.
На релейном конце рельсовой цепи переменного тока можно производить выпрямление поступающего из цепи переменного тока, применяя здесь реле постоянного тока. Реле постоянного тока обходятся дешевле, чем реле переменного тока. Система рельсовых цепей переменного тока с реле постоянного тока широко применяется в последние годы и особенно для централизаций.
При больших размерах движения поверхность рельсов хорошо очищается, и здесь обычно не возникает трудностей, связанных с шунтированием рельсовых цепей. В таких условиях шунтирование надежно осуществляется при сопротивлениях шунта до 0,06 ом.
В некоторых случаях рельсы покрываются изолирующей пленкой; большей частью это имеет место на линиях с небольшими размерами движения, где обращаются легкие по весу составы. Такая пленка является причиной прерывающегося шунтирования или даже полного отсутствия шунтирования. Ряд дорог применяет в таких случаях ток с однополупериодным выпрямлением, исходя из теоретического положения о повышении шунтовой чувствительности рельсовых цепей, питаемых таким током.
Другим решением этого вопроса является применение первично-вторичных релейных схем, где первичное реле подключено к рельсовой цепи обмоткой сопротивлением 2,2 ом. По возбуждении вторичного реле последнее подключает к первичному реле дополнительную обмотку и его общее сопротивление становится равным 4 ом. В итоге реле возбуждается при токе 31 ма и отпускает свой якорь при токе около 30 ма, а это означает, что рельсовая цепь шунтируется при более высоком сопротивлении шунта.
При подаче в рельсовую цепь напряжения 2,5 в и при использовании первично-вторичной релейной схемы сопротивление шунта может быть доведено до 1,8 ом. Такая величина достаточна для надежного шунтирования рельсовых цепей на участках с малыми размерами движения.
Первично-вторичная релейная схема монтируется с замедленным на притяжение вторичным реле, а это создает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что реле не притягивает свой якорь при кратковременных потерях шунта.
Песок, посыпаемый локомотивом, представляет собой изоляцию, но обычно локомотивы размалывают его и этим обеспечивают надлежащее электрическое соединение. Вообще песок на перегонах не представляет опасности, так как после проследования всего состава песок на рельсах не остается. В пределах централизаций с их короткими рельсовыми цепями и при маневровых передвижениях отдельных вагонов песок может служить причиной прекращения шунтирования и соответственно прекращения действия устройств по замыканию стрелок. Здесь единственной рекомендацией является запрещение применения песка в пределах централизаций, а также в пределах размещения централизованных стрелок как диспетчерских централизаций, так и централизаций удаленного управления.
На некоторых централизациях из-за недостаточно чистой ходовой поверхности рельсов, стрелок и стрелочных съездов нарушается работа замыкающих устройств. Некоторые дороги единственно для устранения такого положения и очистки рельсов пропускают ежедневно по боковым путям сквозной поезд.
Недостатками такого способа являются задержки поездов и нарушение нормальной эксплуатационной работы. Можно обойтись и без этого, применяя наплавку на ходовой поверхности рельсов коротких отрезков из нержавеющего металла.
Лопнувшие рельсы и их замена. Если рельс лопается под проходящим поездом и между двумя рельсовыми концами создается повышенное сопротивление, то путевое реле не возбуждается после прохода поезда и на сигнале сохраняется запрещающее показание, что по существу ограждает лопнувший рельс.
С другой стороны, если путевое реле возбуждено, то для удержания его в этом положении необходим меньший ток, чем для притяжения якоря. Отсюда, если якорь путевого реле находится в притянутом положении и сигнал горит разрешающим огнем, то при определенных метеорологических условиях и соответствующем состоянии балласта изъятие крестовины или рельса не всегда влечет за собой изменения показания сигнала с разрешающего на запрещающее. В этом случае ток, хотя и меньший по своей силе, достаточен для удержания реле. Указанное говорит о необходимости до начала работ по замене рельсов закрывать сигнал шунтированием или размыканием рельсовой цепи.
Кодовые рельсовые цепи. Кодовые рельсовые цепи могут работать на постоянном или переменном токе. Различие между кодовыми и обычными рельсовыми цепями заключается в том, что при кодовых рельсовых цепях непрерывный ток прерывается, или, иначе говоря, кодируется кодовым трансмиттером. Для каждого разрешающего показания необходим один код. Для трехзначной сигнализации с двухблочным разграничением необходимы два разрешительных кода: один, имеющий 75, второй — 180 импульсов в минуту. Для четырехзначной сигнализации с трехблочным разграничением требуется три разрешительных кода, имеющих 75, 120 и 180 импульсов в минуту. При посылке токового импульса путевое кодовое реле притягивает свой якорь и отпускает его при интервале между импульсами. Этим снижается потребление энергии, что имеет существенное значение при питании от первичных элементов.
Кодовое путевое реле подает своим фронтовым контактом на первичную обмотку декодирующего трансформатора сигнальной установки ток одной полярности; тыловым контактом этого же реле на первичную обмотку подается ток другой полярности. На вторичной обмотке декодирующего трансформатора индуктируется переменный ток низкой частоты, который после выпрямления подается на сигнальные управляющие реле постоянного тока. Сигнальные реле работают при токе 75, 120 или 180 импульсов в минуту, но реле не притягивают своих якорей при поступлении непрерывного тока или при отсутствии его.
Переменный ток, подаваемый декодирующим трансформатором, питает декодирующие контуры, которые при помощи емкостных и индуктивных сопротивлений настроены на частоту 120 и 180 периодов в минуту. С декодирующими контурами этих частот увязаны реле постоянного тока, управляющие показаниями: «Следуй, приближаясь к следующему сигналу, со средней скоростью» и «Следуй, готовясь остановиться у следующего сигнала». Эти показания сохраняются на сигналах на время поступления из рельсовой цепи соответствующего кодового тока.
При минимальном сопротивлении балласта 0,9 ом на 1 км кодовая рельсовая цепь работает нормально при длине до 3 350 м.
В дополнение к основному коду в рельсовой цепи, направление которого противоположно направлению движения и используемого для управления напольными сигналами, применяется также и отраженный код. Импульсы отраженного кода посылаются навстречу основному коду и в его интервалы. Отраженный код используется для извещения, предмаршрутного замыкания, управления ограждающими устройствами на переездах и других целей.
Применение кодовых рельсовых цепей позволяет снизить число разрезных точек и отказаться от линейных управляющих проводов. Улучшение шунтовой чувствительности повышает безопасность движения. Улучшается также контроль лопнувших рельсов и создается гарантия от возникновения ложных разрешающих показаний, вызываемых поступлением в рельсовые цепи посторонних токов. Применение кодовых рельсовых цепей все более возрастает вследствие наличия у этих цепей ряда преимуществ по сравнению с рельсовыми цепями обычного типа.

 
« Рельсовые стыки   Рельсы »
железные дороги