Содержание отчета

1. Правила проектирования ответственных схем автоматики и телемеханики.

2. Схемы по пункту 2 методики выполнения работы.

3. Ответы и предложения к пункту 3 методики выполнения работы

Таблица 1.2

Условное обозначение контактов

Тип контакта	Обозначение
Контакты нейтрального якоря нейтрального или комбинированного реле (о – общий, ф – фронтовой, т – тыловой)
Контакты поляризованного якоря поляризованного или комбинированного реле (о – общий, н – нормальный, п – переведенный)
Контакт кнопки а) без фиксации
б) с фиксацией

Лабораторная работа 2.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СВЕТОФОРОВ

Ц е л ь р а б о т ы: изучить основы сигнальной светотехники, изучить конструкцию светофоров и требования по их содержанию.

2.1. Основные сведения

Для обеспечения безопасности и четкой организации движения поездов на железнодорожном транспорте применяются различного рода сигналы. Сигнальные знаки являются своеобразным языком передачи приказов лицам, связанным с движением поездов. Так, они требуют от машиниста выполнения определенного скоростного режима или остановки состава. В некоторых случаях они могут нести для него дополнительную информацию: о маршруте следования, количестве свободных впереди блок-участков, профиле пути, типе стрелочного перевода и др. Сигнальное показание должно однозначно пониматься и его требование безусловно выполняться всеми работниками железнодорожного транспорта.

По способу восприятия сигналы, включаемые приборами автоматики и телемеханики, подразделяются на звуковые и видимые. Звуковые сигналы могут подаваться, например, звонками переездных устройств, сигнализаторами монтеров пути, ревунами колонок местного управления стрелками и др. Среди видимых различают сигналы формы и цвета. У сигналов формы значение передаваемой информации зависит от положения и конфигурации сигнального тела, а у сигналов цвета – от окраски светового потока, испускаемого сигнальным прибором. К первым относятся семафоры, различного рода диски, щиты (рис. 2.1), ко вторым – светофоры. В настоящее время основными сигнальными устройствами на сети дорог являются светофоры. Это объясняется их значительными преимуществами перед сигналами формы, а именно: однородностью показаний в течение суток, отсутствием механических передач, легкостью управления и осуществления многозначности, простотой ухода и экономичностью содержания.

Рис. 2.1. Сигналы формы: диск (а); щит (б); семафор (в)

Непременным условием правильного и своевременного приема сообщений, подаваемых светофорами, является четкая видимость их огней на расстоянии, определяемом условиями движения и техническими средствами торможения. Согласно правил технической эксплуатации (ПТЭ) видимость сигнальных огней входных и проходных светофоров на прямых участках пути должна быть обеспечена на расстоянии не менее 1000 м, в кривых – 400 м, в сильно пересеченной местности (выемки, горы и т.п.) – 200 м. Следовательно, конструктивное оформление светофора должно быть таким, чтобы выполнялись требования ПТЭ. Рассмотрим факторы, влияющие на выполнение поставленной задачи. Дальность видимости огня светофора может быть определена по формуле Аллара [2]:

, км,

2.1

где I – сила света сигнального пучка, кд;

τ – коэффициент пропускания атмосферы на 1 км;

E – освещенность на зрачке глаза, лк.

Отсюда следует, что на дальность видимости сигнального огня влияют уровень яркости сигнала, прозрачность промежуточной среды (атмосферы), контрастность между воспринимаемым показанием и фоном. Однако в случае с сигналом цвета необходимо еще учитывать и субъективный фактор, а именно свойство человеческого глаза распознавать сигнальные цвета. Известно, что человеческий глаз особенно чувствителен к желто-зеленому цвету с длиной волны 0,556 нм; цвета с большей и меньшей длиной волны действуют на глаз слабее. Вместе с тем при выборе из всего многообразия цветовой палитры сигнальных цветов для железнодорожного транспорта необходимо, чтобы между ними существовала четкая контрастность. По результатам испытаний, полученных в Государственном оптическом институте, выявлено, что наиболее четко различаются основные спектральные цвета (красный – К, зеленый – З, синий – С, фиолетовый – Ф). Промежуточные цвета (сине-зеленый – СЗ, желто-зеленый – ЖЗ, оранжево-красный – ОК) различаются хуже. На этих выводах основывается выбор для железных дорог пяти сигнальных цветов: красного, зеленого и желтого (желто-оранжевого) – для поездных показаний и синего и лунно-белого – для маневровых.

Рассмотрим объективные факторы, влияющие на восприятие сигнального знака светофора. Необходимая сила излучаемого света I достигается применением лампы накаливания достаточной мощности и соответствующей конструкцией оптической системы светофора. При этом следует иметь в виду, что спектр светового потока, излучаемого нитью лампы, имеет непостоянный состав и зависит от величины приложенного напряжения. Чем больше напряжение, то есть, чем выше температура нити, тем сильнее наблюдается сдвиг в спектре в сторону ультрафиолетовых лучей, и чем, меньше напряжение, тем больше сдвиг в сторону инфракрасных лучей. Однако, сигнальные показания светофора должны четко отличаться друг от друга независимо от колебаний в спектральном составе светового потока источника света. Для достижения этой цели в светофорах применяются высококачественные светофильтры, пропускающие только ограниченную часть спектра. Каждый из светофильтров характеризуется коэффициентом общего пропускания, равным отношению светового потока, прошедшего через фильтр, ко всему падающему на него потоку. Светофильтры разных цветов имеют неодинаковую избирательность и, следовательно, различные коэффициенты пропускания. Цвет образца светофильтра определяется на заводе при приемке с помощью специального прибора – колориметра или вычисляется по кривой спектрального пропускания, снимаемой при помощи спектрофотометра. В процессе эксплуатации необходимо поддерживать напряжение на лампах светофоров в пределах 11,5 – 12 В.

Состояние атмосферы может существенно влиять на восприятие показания светофора. При нормальных атмосферных условиях (τ = 0,7 – 0,9) избирательное поглощение воздухом цветов невелико. При неблагоприятных условиях цвета, имеющие длину волны меньше, поглощаются сильнее, и это приводит к перераспределению цветов в спектре светофорного пучка: зеленый цвет принимает оттенок желтоватого, желтый – красного и только красный оказывается наиболее устойчивым.

Сигнал воспринимается тем отчетливее, чем большую освещенность E он создает на сетчатке глаза. Этот фактор приобретает особое значение в условиях солнечного дня, когда резко увеличивается яркость фона в полосе железной дороги и доля от светофорного огня в общем световом потоке сокращается. Отсюда особый интерес представляют значения минимальной пороговой освещенности на зрачке глаза для основных сигнальных цветов.

Опытами ЦНИИ МПС установлены следующие расчетные значения E в условиях летнего солнечного дня (числитель) и ночью (знаменатель), 10 лк: для красного огня – 600/0,8; для желтого – 1200/2,0; для зеленого – 900/1,2; для синего – 800/1,0 и для лунно-белого – 2000/3,0. Отсюда следует, что для восприятия красного цвета требуется минимум пороговой освещенности.

Видимость показаний светофора тем лучше, чем больше контрастность между сигналом и фоном, на котором он расположен. По отношению к обычному фону, встречающемуся в полосе железных дорог, наилучшей контрастностью обладает красный огонь. Таким образом, по совокупности факторов, влияющих на своевременность восприятия сигнального знака и его однозначную трактовку, – красный цвет имеет преимущества перед другими сигнальными цветами. Поэтому он принят в качестве наиболее ответственного в обеспечении безопасности движения, а именно запрещающего движение.

Обеспечение требуемой видимости огней светофора с учетом рассмотренных выше факторов обеспечивается его конструктивным оформлением, в котором главную роль играет оптическая система. Она не только увеличивает силу света сигнальной лампы, но и концентрирует световой поток в нужном для сигнализирования направлении. В зависимости от вида применяемой оптики светофоры подразделяются на линзовые, прожекторные и светодиодные.

Линзовые светофоры для каждого сигнального огня имеют отдельное оптическое устройство – линзовый комплект (рис. 2.3). Он состоит из ламподержателя 1 с патроном для лампы, внутренней цветной линзы – светофильтра 2 и внешней бесцветной линзы 3, оптические оси которых жестко совмещены чугунным кольцом 4. Линзовый комплект защищен козырьком 5.

Рис.2.3. Линзовый комплект

Линзовая оптика может дать параллельный исходящий пучок света в том случае, если источник света в виде геометрической точки точно помещен в ее фокусе. Однако вследствие сферической аберрации (рассеяния) лучей линза, практически имеет два фокуса. Очевидно, источник света, помещенный в один из фокусов, будет только часть лучей оформлять в виде параллельного пучка. Для уменьшения аберрации можно одну из поверхностей линзы сделать специального очертания (асферической), но изготовление ее в виду массивности и трудности шлифовки обходится дорого. С целью уменьшения массы линзы и облегчения производства А. Френель предложил ее выполнять ступенчатой. Такая линза образуется путем деления асферической поверхности на ряд концентрических кольцевых зон и их смещения в сторону фокуса вдоль оптической оси до сферического очертания. Так как преломляющие углы зональных поверхностей при этом сохраняют свои значения, то ступенчатая линза преломляет лучи аналогично массивной асферической и, кроме того, сокращает путь луча в массе стекла и потери световой энергии.

Сочетание двух ступенчатых линз в оптике светофора, с одной стороны, дает на выходе пучок почти параллельных лучей; с другой стороны, уменьшает фокус системы с установленной в нем нитью накаливания. Чем ближе лампа к внутренней линзе, тем большая часть светового потока используется для сигнализации. Правильное положение ламподержателя относительно линз достигается фокусировкой комплекта на заводе.

Для улучшения видимости светофорных огней на кривых участках применяют отклоняющие вставки, которые разворачивают световой пучок в одну или две стороны (указывается стрелкой на стекле). Рассеивание осуществляется за счет внутренней ребристой поверхности стекла вставки. Существуют односторонние вставки на 10, 20 и 30° и двусторонняя – на 5/25°. При установке рассеивающих стекол мощность лампы должна быть увеличена.

Полная сборка светофора может содержать несколько линзовых комплектов в зависимости от потребности в сигнальных знаках. У карликовых светофоров светофорная головка крепится с помощью болтов непосредственно к железобетонному основанию, у мачтовых – двумя кронштейнами к мачте.

Прожекторный светофор для получения трех сигнальных показаний имеет одну оптическую систему со сменными светофильтрами (рис. 1. 4.).

Рис. 2.4. Оптическая система прожекторного светофора

В фокусе Ф1 зеркального эллипсоидного рефлектора 1 помещается нить накала лампы 2, в фокусе Ф2 двух бесцветных плосковыпуклых линз 4 и 5 – подвижная рамка со светофильтрами 3, перемещаемая с помощью сигнального механизма. Подвижная система сигнального механизма под действием противовесов устанавливается в среднем положении, при котором в фокусе Ф2 находится красный светофильтр. В зависимости от направления тока в катушке сигнального механизма рамка занимает одно из крайних положений, и в фокусе системы располагается желтый или зеленый светофильтр.

В прожекторном светофоре применяется оптическая система, требующая меньшей мощности лампы для получения необходимой силы света. Однако прожекторный светофор значительно сложнее по конструкции и менее надежен в эксплуатации. Наблюдались случаи заклинивания рамки сигнального механизма. Поэтому прожекторные светофоры сохраняются, в основном, при полуавтоматической блокировке (до модернизации устройств) как более экономичные на участках, не имеющих надежных источников электропитания.

В настоящее время на железнодорожном транспорте большое внимание уделяется энергосберегающим и малообслуживаемым технологиям. В частности, особый интерес представляет внедрение светофоров, в которых вместо ламп используются светодиоды. Светодиодные светофоры красных огней уже нашли применение на железнодорожных переездах. Разработаны и проходят опытную эксплуатацию светодиодные комплекты основных сигнальных цветов (зеленого, желтого, красного, синего и белого), установленные на светофорах магистральных линий и станций. Конструктивно сигнальный комплект оформлен в виде корпуса с линзой Френеля, внутри которого размещены светодиоды, обеспечивающие необходимую цветовую окраску светового потока. Испытания показали, что светодиоды достаточно надежны, обеспечивают дневной и ночной режимы, видимость сигнальных огней на прямых участках значительно выше нормативной, а на кривых участках не требуется отклоняющих вставок. Пока на базе светодиодов не удается обеспечить светомаскировочный режим. Тем не менее, имеющийся опыт свидетельствует о перспективности новой светотехники.

На рис. 2.5 представлен эскиз оптической системы светодиодного светофора

Рисунок 2.5 – Эскиз оптической системы светодиодного светофора

Головка светодиодного светофора (рис.2.6) предназначена для установки на мачтовых светофорах и светофорах на мостиках и консолях, обеспечивающих безопасность движения поездов и маневровых работ в условиях с умеренным (У) или умеренно-холодным климатом (УХЛ) категории размещения 1 по ГОСТ 15150-69. Выпускаются одно-, двух-, трехзначные головки. В головках применяются светодиодные системы ССМ-200 красного, желтого, зеленого, синего и лунно-белого цветов.

Технические характеристики:

Напряжение питания постоянного или переменного тока — 12 В;

Потребляемая мощность ССМ-200 — не более 15 Вт;

Срок службы — не менее 20 лет.

Рисунок 2.6 – Мачтовый светодиодный светофор системы ССМ-200

Головка светофора карликового светодиодная (рис.2.7) предназначена для установки на карликовых светофорах, обеспечивающих безопасность движения поездов и маневровых работ в условиях с умеренным (У) или умеренно-холодным климатом (УХЛ) категории размещения 1 по ГОСТ 15150-69. Выпускаются одно-, двух-, трехзначные головки. В головках применяются светодиодные системы ССК-160 красного, желтого, зеленого, синего и лунно-белого цветов.

Технические характеристики:

Напряжение питания постоянного или переменного тока — 12 В;

Потребляемая мощность ССК-160 — не более 15 Вт;

Срок службы — не менее 20 лет.

Рисунок 2.7 – Карликовый светодиодный светофор системы ССК-160

2.2. Порядок выполнения работы

1) Изучить основы сигнальной светотехники.

2) Изучить оптику линзового светофора и его конструктивное оформление, используя лабораторные образцы. Нарисовать эскиз мачтового светофора.

3) Изучить конструкцию прожекторного светофора, используя лабораторный макет.

4) Ознакомиться с конструкцией светодиодного модуля, представленного на рабочем месте.

5) Сравнить силу света имеющихся светофоров.

2.3. Содержание отчета

1) Чертежи оптических систем линзового, прожекторного и светодиодного светофоров, их краткое описание.

2) Эскиз мачтового светофора, представленного в лаборатории, с указанием его конструктивных элементов.

3) Ответы на контрольные вопросы.

2.4. Контрольные вопросы

1) В чем заключаются преимущества и недостатки линзового, прожекторного и светодиодного светофоров?

2) Чем объясняется выбор красного цвета в качестве запрещающего?

3) Для чего у светофоров применяются черные фоновые щиты?

4) С какой целью над линзовым комплектом устанавливается козырек?

5) Чем обосновано применение в светофорах лампы с точечной нитью накаливания?

6) Какие последствия в спектральном составе светового потока вызывает изменение напряжения на лампе светофора?

Лабораторная работа 3

ИМПУЛЬСНО-ПРОВОДНАЯ АВТОБЛОКИРОВКА

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Ц е л ь р а б о т ы: Изучить принцип построения и действия импульсно-проводной автоблокировки с односторонним движением поездов.