Участник:Машинист/Железная дорога

Участник:Машинист/Железная дорога

Вместе веселее Эта страница находится в личном пространстве участника Машинист. Участник Машинист не против того, что другие участники будут совершать правки этой страницы.

После своего появления железные дороги прочно вошли в нашу жизнь и культуру. Железную дорогу и связанные с ней перипетии сюжета можно встретить и в вестерне, и в производственном романе, и в боевике, и даже в постапокалиптике. И как любое широко представленное в культуре явление, со временем они обросли массой мифов, слухов и просто ошибок. В этой статье мы постараемся развеять некоторые из них и выяснить, например, чем светофор отличается от семафора, почему стрелочник это уже не совсем про железную дорогу, и почему сериал "Путейцы" совсем не про путейцев.

NB: Используемые в статье термины, определения, ссылки на инструкции и примеры из реальной жизни касаются, в первую очередь, Российской Федерации. Если кто-то знаком с реалиями заграничных стальных магистралей, милости просим дополнять.

Минутка истории

Рельсы как инфраструктура для направленного движения колёсного транспорта появились еще в XV веке. Делали их тогда из дерева с прибитыми сверху полосами кованого железа, и предназначались они для рудничных вагонеток, которые тащили вьючные животные. Изготовление даже таких рельс было тогда дорого и трудоёмко, поэтому длинными они не были никогда — не более нескольких километров. В России «чугунные колесопроводы» появились в XVIII веке для тех же целей на рудниках и заводах.

Уже в XIX веке стали проводиться эксперименты по замене вьючных животных машинами. Паровая машина к этому времени уже была известна, оставалось только совместить её с колёсами и на рельсы, создав паровоз. Первая экспериментальная железная дорога на паровой тяге появилась в 1804 году в Южном Уэльсе, паровоз был создан Ричардом Тревитиком, но эксперимент оказался неудачным, так как литые чугунные рельсы легко ломались под тяжестью паровоза, а деревянные с коваными пластинами — деформировались. Проблема была решена в 1810-е годы Джорджем Стефенсоном, который разработал удачные конструкции паровоза и технологии изготовления рельс. В 1825 году открыта первая железная дорога общего пользования Дарлингтон-Стоктон (Великобритания), которая использовала технологии, созданные Стефенсоном.

Первая в России железная дорога открылась в 1837, она соединяла Царское Село и Петербург.

Общие сведения

Железная дорога предназначена для перевозки грузов и пассажиров из точки А в точку Б, и именно этому подчинены устройство и структура любой железной дороги. Так как структура железной дороги довольно сложная, её полное описание займёт слишком много времени и места, поэтому рассмотрим краткое описание на примере железных дорог РФ.

Во-первых, вся единая сеть дорог делится территориально на железные дороги. Например, Московская железная дорога. Или Западно-Сибирская железная дорога. В РФ таких территориальных подразделений 16. Плюс ещё одна, Крымская, формально отдельное ФГУП. Внутри дороги делятся на регионы (раньше назывались отделениями дорог).

Во-вторых, существует деление на дирекции, по выполняемым функциям, например:

• Дирекция тяги Т - пассажирские, грузовые и маневровые локомотивы
• Моторвагонная дирекция ДМВ - электро- и дизель-поезда
• Дирекция инфраструктуры ДИ - ж.д. пути, электроснабжение, электросвязь, системы автоматики и телемеханики, здания и сооружения.

Таким образом, возникает некоторое двоевластие: скажем, начальник условного региона главный над всеми предприятиями своего региона, но при этом, если взять, скажем, локомотивное депо, есть ещё начальник региональной дирекции тяги, который подчиняется начальнику дороги и руководит всеми локомотивными депо дороги. Так и живём.

Дирекции внутри делятся на отдельные предприятия, также имеющие свою кодировку (начальник соответствующего предприятия в документах обозначается так же):

• ТЧЭ - эксплуатационное локомотивное или моторвагонное депо
• ТЧР - ремонтное депо
• ПЧ - путевая часть, путейцы. Ремонт и обслуживание железнодорожного пути
• ЭЧ - энергетики. Контактная сеть и устройства энергоснабжения
• ШЧ - сигнализация и связь. Светофоры, управление стрелочными переводами, телефонная и радиосвязь
• ДС - начальник станции
• СЦБ - сигнализация, централизация, блокировка. Входит в ШЧ, но часто упоминается как отдельная служба.

Всё, что ездит по рельсам, называется железнодорожный подвижной состав. Сюда входят локомотивы, грузовые и пассажирские вагоны, моторвагонный подвижной состав и другие разновидности, предназначенные для обеспечения функционирования железной дороги.

Более подробно всё это рассмотрим в соответствующих разделах.

Тяговый подвижной состав

Весь подвижной состав, обладающий тяговыми свойствами. Включает в себя локомотивы и моторвагонный подвижной состав.

Локомотивы

Предназначены для передвижения по железной дороге поездов и отдельных вагонов. Подразделяются по типам на:

• Паровозы
• Тепловозы
• Электровозы
• Газотурбовозы
• Гибридные локомотивы

По назначению:

• Грузовые (для вождения грузовых поездов)
• Пассажирские (для вождения пассажирских поездов или вагонов)
• Грузопассажирские (как для грузовых, так и пассажирских поездов)
• Маневровые (для передвижения вагонов в пределах станции или на подъездных путях предприятий)

Паровозы

Паровоз, как говорит нам определение, это автономный локомотив с паросиловой установкой, в которой энергия сжатого пара используется для создания силы тяги, обеспечивающей движение по рельсовому пути. Когда именно появилась идея, что пар может совершать механическую работу, достоверно неизвестно. Простым наблюдением можно установить, что пар способен вышибить плотно закрытую крышку даже под гнётом. Есть сведения, что ещё в античности некоторые умельцы создавали устройства, приводимые в движение паром, например Герон Александрийский описывал машину, которую с некоторой натяжкой можно назвать прообразом паровых турбин. Но в те времена всё это не вышло за рамки диковин, и только в XVII веке сначала появились описания и расчёты, а затем Дени Папеном был изобретён паровой котёл, а чуть позже Томас Севери построил первый имевший практическое применение паровой двигатель. В 10-х годах XVIII Томас Ньюкомен усовершенствовал устройство Севери, создав свой атмосферный двигатель, в котором рабочий ход осуществлялся за счёт вакуума, образующегося при впрыске воды в цилиндр с горячим водяным паром. После этого прошло более пятидесяти лет, прежде чем Джеймс Уатт сначала придумал отдельный конденсатор для повышения КПД, а затем запатентовал паровую машину с кривошипно-шатунным механизмом, позволившим производить непрерывное вращательное движение вала. Ну а после того, как в 1800-м году Ричард Тревитик запатентовал машину высокого давления, до изобретения паровоза остался один шаг. Первым предложил использовать силу пара для движения экипажа Исаак Ньютон в конце XVII века. На полях рукописей сохранились рисунки, согласно которым повозка должна была быть реактивной. Во второй половине XVII века свои модели самоходных повозок с паровыми машинами предлагали Никола Кюньо, Оливер Эванс, Уильям Мёрдок, но ни одна из них не дошла до практического применения. В 1804-м году Ричард Тревитик получил патент на свой паровоз «Pen-y-Darren», в 1814 году Джордж Стефенсон построил свой первый паровоз "Блюхер", который был по конструкции уже ближе к привычным нам паровозам, а в 1825-м году открылась первая в мире общественная железная дорога, на которой работал паровоз Стефенсона «Iocomotion», от которого и произошёл термин локомотив.

Паровоз состоит из парового котла, паровой машины, кривошипно-шатунного механизма и экипажной части.

Паровой котёл, как можно догадаться, предназначен для преобразования химической энергии топлива в энергию пара. состоит он, если коротко , из трёх основных частей: топки, в которой происходит сгорание топлива, цилиндрической части котла, в которой расположены дымогарные и жаровые трубы, всё пространство котла вокруг которых заполнено водой, сухопарник, пароперегреватель и опционально другие детали, и дымовой коробки, ёмкости, соединённой трубой с атмосферой. в передней части котла, куда выходят дымогарные и жаровые трубы. В дымовой коробке могут устанавливаться различные устройства, предназначенные для улучшения тяги в котле, например конусное устройство или более сложный вентилятор, а так же искрогасители, водо- и воздухоподогреватели.

Также существовали бестопочные паровозы, работавшие по принципу парового аккумулятора: перед работой котёл на 60-70 % заполнялся водой, а затем в него нагнетался перегретый пар высокого давления, который нагревал воду до кипения. Постепенно давление пара снижалось и вода снова закипала. Использовались такие паровозы там, где была актуальна повышенная защита от возможного возгорания, т.к. у обычных паровозов была вероятность выпадения из зольника (бункера под топкой) горящих частиц шлака или угля.

В XX веке, уже на закате эпохи паровозов, строились водотрубные (когда не раскалённые газы от топки проходят по трубам внутри нагреваемой воды, а наоборот, проходящая по трубе вода нагревается снаружи) и прямоточные котлы (когда вода однократно проходит по длинной трубе, которая для компактности может быть свёрнута в спираль, в пароперегреватель) высокого давления, в которых получали давление пара в несколько десятков атмосфер. Тогда же были предприняты попытки строительства паротурбовозов - локомотивов, на которых вместо паровой машины используется более эффективная паровая турбина с электрической передачей. Но турбина, в добавок к общим недостаткам паровых двигателей (из которых один из основных это то, что рабочее тело, которое постоянно расходуется, и топливо различающиеся компоненты, что приводит к увеличению габаритов и массы машины, а также привязывает к источникам воды) хорошо работает в оптимальном режиме и не любит частых изменений режима, что не критично на флоте, но не очень подходит для наземной техники. Паровая машина паровоза состоит из цилиндра, поршня и штока, который соединён с ползуном, через который уже механическая энергия передаётся на кривошипно-шатунный механизм, соединённый с колёсами.

Экипажная часть состоит из кабины, которую обычно называют будка и в которой располагается локомотивная бригада, состоящая обычно из трёх человек: машиниста, помощника машиниста и кочегара, колёсных пар и рессорного подвешивания. Не все колёсные пары паровоза являются ведущими. Впереди расположены бегунковые колёсные пары, предназначенные для улучшения вписывания в кривые, затем, в зависимости от модели паровоза, одна или несколько ведущих колёсных пар, на которые через кривошипно-шатунный механизм передаётся усилие от паровой машины, и поддерживающие оси, позволяющие распределить нагрузку от паровоза на рельсы. Грузовые паровозы, как правило, имеют большее количество, но меньший диаметр ведущих колес, чем пассажирские, откуда пошло жаргонное выражение "большие колёса" для обозначения пассажирского движения, хотя на современных локомотивах этого различия нет или почти нет. Для дальнейшего улучшения вписывания паровоза в кривые при большом количестве ведущих осей, на них ставились колесные пары с возможностью небольшого поперечного смещения либо колеса без гребней — как правило, на главной ведущей оси.

Приборы безопасности

Внедрение семафоров, а затем и светофоров положительно повлияло на безопасность движения на железной дороге. Но со временем конструкторы стали задумываться над тем, что во-первых, неплохо было бы сделать так, чтобы сигналы светофоров транслировались непосредственно в кабину машинисту, а то ведь бывает, что светофор просто не виден - туман, дождь, снег, кривые участки пути, а с увеличением скоростей движения время реакции на показание светофора постоянно снижалось и желательно было его увеличить, а во-вторых, как-нибудь проконтролировать состояние машиниста, и если это состояние неудовлетворительное (уснул, потерял сознание, перешёл в изменённое состояние этого самого сознания), то остановить поезд.

Для передачи на локомотив показаний светофоров используется АЛС - автоматическая локомотивная сигнализация. Существует несколько разновидностей АЛС, наиболее распространённая из которых АЛСН - автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия. Непрерывность действия означает, что в системе «светофор - локомотив» постоянно присутствуют сигналы, что позволяет контролировать поездную обстановку в режиме реального времени. Передача сигнала АЛСН идёт от кодового путевого трансмиттера, установленного рядом с путевым светофором. В зависимости от показания светофора, он передаёт в рельсовую цепь кодовую комбинацию, состоящую из определённой последовательности импульсов переменного тока. Ток проходит по рельсу к локомотиву, затем через колёсную пару на второй рельс, и возвращается к путевому генератору. Возникающее при этом магнитное поле улавливается приёмными катушками на локомотиве, проходит через фильтр, усилитель и дешифратор и попадает на локомотивный светофор, установленный в кабине, зажигая на нём показание, соответствующее напольному светофору, к которому подъезжает поезд. На участках, электрофицированных постоянным током, используется несущая частота 50 гц, а на переменном 25 или 75 гц, чтобы избежать влияния на АЛСН тягового тока, также имеющего частоту 50 гц. Здесь есть небольшая тонкость: если зелёному и жёлтому огням напольного светофора соответствуют аналогичные огни локомотивного светофора, то при приближении к светофору с красным огнём, в кабине будет гореть сигнал КЖ (красный с жёлтым в одном разделённом пополам "окошке" светофора), а красный сигнал на локомотивном светофоре загорается после проезда напольного светофора с красным огнём. В случае, если вся аппаратура включена, а коды не приходят, на локомотивном светофоре загорается белый огонь. Это может быть как следствием простого сбоя, так и какой-либо неисправности, а в худшем случае излома рельса. Поэтому, при внезапном появлении белого огня положено снижать скорость и внимательно следить за состоянием пути. При следовании по стрелочным переводам белый огонь является нормальным показанием локомотивного светофора. На некоторых участках используется локомотивная сигнализация без напольных светофоров, и тогда она называется АЛСО (автоматическая локомотивная сигнализация как самостоятельное средство связи), а на участках со скоростным движением применяется АЛС-ЕН, способная контролировать несколько впередилежащих блок-участков.

Для обеспечения при необходимости автоматической остановки поезда применяется электропневматический клапан автостопа ЭПК. Если не вдаваться в технические тонкости, ЭПК состоит из большого клапана тормозной магистрали, который при срабатывании разряжает ТМ в атмосферу, малого клапана, управляемого электромагнитом, и промежуточного между ними звена - камеры выдержки времени, которая соединена с атмосферой отверстием маленького диаметра со свистком. Когда ЭПК включен, воздух из главных резервуаров локомотива через клапан электромагнита наполняет камеру выдержки времени и давит на клапан тормозной магистрали. При проверке бдительности с электромагнита снимается питание, воздух начинает через свисток выходить из камеры выдержки времени и полости над клапаном тормозной магистрали, и если в течении 7-8 секунд не нажать на рукоятку бдительности, которая запитает электромагнит, то давление снизится настолько, что клапан тормозной магистрали откроется и она начнёт разряжаться в атмосферу, т.е. произойдёт автостопное торможение.

Собственно для контроля бдительности используется старое и простое УКБМ (устройство контроля бдительности машиниста) и более современная ТСКБМ (телеметрическая система контроля бодрствования машиниста), которые считаются дополнительными системами безопасности, в отличии от АЛСН и ЭПК, которые относятся к основным. Работа УКБМ заключается в следующем: периодически, в зависимости от времени суток и показаний светофоров, на пульте перед машинистом загорается небольшая лампочка. Если машинист в течении 7 секунд не нажмёт рукоятку бдительности, снимется питание с ЭПК, засвистит свисток, а если и после этого не последует никакой реакции, произойдёт автостопное торможение. ТСКБМ работает по другому - надетый на руку машиниста браслет с контактами фиксирует изменение сопротивления кожи, и если оно выходит за определённые пределы, подаёт сигнал на соответствующий блок. Тот сначала инициирует световой и звуковой сигналы, призванные обратить на себя внимание машиниста, а ещё через те же 7-8 секунд происходит торможение.

С развитием железных дорог и увеличением скоростей появилась необходимость сначала просто измерять скорость, а затем и регистрировать параметры движения. Первые локомотивные самописцы появились ещё в XIX веке. Например, «Контрольный самопишущий аппарат Графтио-Зальмана», построенный электромехаником О. Графтио и инженером В.Зальманом в 1879 году и предназначенный для измерения и записи скорости паровоза. В настоящий момент старейшим действующим механическим скоростемером на железных дорогах РФ является скоростемер 3СЛ-2М. Расшифровывается это обозначение как "скоростемер локомотивный, второй модели, модернизированный.". А цифра 3 означает "показывающий, сигнализирующий, регистрирующий". Этот скоростемер позволяет регистрировать время, скорость, направление движения, пройденный путь, давление в тормозной магистрали, положение ЭПК и показания локомотивного светофора. Внешне скоростемер выглядит как прямоугольная коробка, к которой снизу подходит трубка от тормозной магистрали и привод, соединённый с редуктором на буксе передней колёсной пары. Передаточное число редуктора подбирается в зависимости от диаметра колеса так, чтобы одному километру пройденного пути соответствовали 30 оборотов механизма. На приводном валу имеется реверсивное устройство, которое независимо от направления вращения вала передаёт одностороннее вращение оси скоростемера. В нижней части скоростемера отображается скорость, время в 24-часовом формате и общий пройденный километраж. В верхней части за откидывающейся крышкой со стеклянным окошком расположена скоростемерная лента, комплект писцов и электромагниты, связанные с АЛСН, которые управляют писцами, фиксирующими огни локомотивного светофора. Также, при превышении установленной скорости при красном и красно-жёлтом сигналах светофора, снимается питание с ЭПК, при этом нажатие кнопок эффекта иметь не будет, только снижение скорости, если время позволит. Но это уже будет считаться нарушением. После поездки лента с записью снимается, подписывается и сдаётся в отдел расшифровки. В доцифровые времена были умельцы, способные вручную рисовать показания на ленте, или как минимум подправлять их. Но сейчас это утерянная технология.

Со временем на смену механическим скоростемера пришли электронные и цифровые системы. Первым был КПД-3 (Комплекс сбора, измерения и регистрации путевых данных) различных модификаций. Первые из них не сильно отличались от механических скоростемеров, разве что данные о вращении колёсной пары получались не от вала, а электрического датчика, и индикация параметров выводилась не на циферблаты, а цифрами. Даже запись производилась на ленту, правда уже металлизированную, а не бумажную, как у 3СЛ-2М. Следующим шагом стал КЛУБ-У (Комплекс локомотивных устройств безопасности унифицированный). Тоже имеет несколько модификаций, но в общих чертах можно отметить, что по сравнению с предыдущими системами, КЛУБ во-первых, может снимать показания с двух колёсных пар, между которыми можно переключаться, во-вторых, фиксирует гораздо больше параметров, например подачу звуковых сигналов, давление в тормозных цилиндрах локомотива, включение/выключение компрессоров, положение контроллера машиниста, не только фактическую, но и допустимую скорости, в-третьих, добавлены некоторые функции, например, защита от скатывания, когда КЛУБ, фиксируя движение при нулевом положении контроллера, производит автостопное торможение. Данные фиксируются на съёмную кассету регистрации, которую может расшифровывать не только техник-расшифровщик, но и специальная программа. Хотя полностью без человека пока не обходится. Ещё одна система, БЛОК (Безопасный локомотивный объединённый комплекс), по большому счёту отличается от КЛУБа только тем, что все переферийные системы (ТСКБМ, САУТ, автоведение) интегрированы в одну систему изначально, а не отдельными блоками, как раньше.

В случае неисправности основных устройств безопасности, если не получается восстановить их работу (что в полевых условиях сводится к выключили/включили или перезагрузили, если прибор уже электронный), машинист получает приказ диспетчера (ДНЦ) и ведёт поезд до пункта смены локомотивных бригад, где приборы меняются без отцепки локомотива. При этом скорость поездов снижается для пассажирских/грузовых поездов до 100/70 км/ч если известно, что перегон впереди свободен, и до 80/50 км/ч, если о свободности сведений нет. «Жёлтый» сигнал, следующий за которым «красный», проезжать не более 40 км/ч. С похожей ситуации, поданной конечно с определёнными неточностями, начинается фильм «Поезд вне расписания».

Нетяговый подвижной состав

Он же вагоны. Не имеет собственной тяги и предназначен для перевозки по железной дороге пассажиров и грузов.