poster444

Сигнализация на железных дорогах: пути становления

Сигнализация на железных дорогах — это большая разветвленная область техники. История ее зарождения и дальнейшего становления представляет несомненный интерес. Ведь создатели первых железных дорог были, главным образом, озабочены конструкцией локомотивов. От инженеров тогда требовалось обеспечить необходимую тягу и скорость, наладить путевое хозяйство. Вопросы безопасности движения в тот период не носили острого характера. Первые паровозы не имели даже звукового сигнала. Естественно, мало кто тогда задумывался о более серьезных задачах сигнализации и связи.
В день открытия железнодорожного сообщения на линии Ливерпуль — Манчестер в 1830 г. один человек погиб под колесами поезда, который отправился в путь без какого-либо сигнала. После этого машинистам стали выдавать сигнальные рожки, чтобы они могли оповещать о начале движения и о приближении поезда. В 1835 г. на паровозах появились паровые свистки. Поезда в то время двигались с небольшими скоростями, поэтому требование о том, чтобы впереди состава скакал всадник, оповещавший о его приближении, не казалось странным.

Противники железных дорог считали, что шум от поездов и звуковые сигналы будут путать скот на полях. Они выступали с требованиями запретить железнодорожное движение, ограничить его скорости и т.д. Это во многом подогревалось и конкуренцией со стороны владельцев средств водного и гужевого транспорта. Сейчас все эти соображения кажутся просто смешными. Тем не менее, читая сегодня некоторые высказывания против строительства скоростной железной дороги Санкт-Петербург — Москва, полезно вновь окунуться в атмосферу того времени и сравнить соответствующие доводы.

Первые железнодорожные линии были короткими. Поезда по ним ходили редко, и вопрос о столкновениях почти не стоял. Главной заботой была защита пешеходов и пассажиров от наездов. Для предотвращения столкновений поезд доходил до конца линии, а затем возвращался обратно. Однако такие условия эксплуатации линий закончились очень быстро. Когда начались пассажирские перевозки, их организаторы вначале стремились к «симметричному расписанию». Это означало, что поезда с обеих конечных станций отправлялись одновременно. Связи между станциями не было, и поезда отправляли по часам. При небольшой длине линий приблизительно в середине пути устраивался разъезд. Поезда доходили до него и, если не было встречного, то ждали его прибытия.

Такая схема организации движения пассажирских поездов была принята, в частности, на первой российской линии Петербург — Царское Село — Павловск. В середине основного участка на станции Московское шоссе был разъезд. На нем встречные поезда ждали друг друга. Тем не менее, эта казавшаяся разумной схема не являлась идеальной.

11 августа 1840 г. в вечернее время поезд, шедший из Павловска, по не установленным причинам прошел станцию Московское шоссе без остановки и на 9-й версте от Петербурга столкнулся со встречным составом. В той аварии погибли 6 человек. Это было уже второе крушение на линии с человеческими жертвами. Вскоре одновременное отправление встречных поездов отменили. Затем начались работы по установлению телеграфной связи между станциями.

Надо сказать, что схемы с обязательным ожиданием встречного состава и сейчас иногда применяются на однопутных участках и городских трамвайных линях с малыми плотностями движения, например, в Новочеркасске и Евпатории. Естественно, что в нынешнее время эта схема обязательно дополняется современной светофорной сигнализацией.

Разъезд поездов организовали достаточно просто. Машинист заранее знал о месте встречи и мог остановить поезд. Значительно сложнее было избежать столкновения составов, двигавшихся друг за другом. Скорости тогда были относительно небольшими. В России они достигали 70 км/ч. Проблема состояла в том, что поначалу тормоза имели только паровоз и один из вагонов, где находился главный кондуктор. Поэтому торможение тяжело груженого состава требовало пути, иногда достигавшего 2 км. Определить место, где остановится состав, было практически невозможно. Связь между машинистом и станцией отсутствовала.

Не было и сигнализации на участках движения. Поэтому в первые годы эксплуатации железных дорог основным фактором, который определял возможность пропуска состава, следующего вслед за уже прошедшим, являлось только время. Если первый поезд по каким-либо причинам останавливался на перегоне, то для избежания столкновений машинист следующего за ним состава должен был это заметить и успеть затормозить.

Уже в первые годы работы железных дорог Англии на станциях появился специальный служащий. Он назывался полисменом. Его задачей было предупредить машиниста о том, что интервал времени между его составом и предыдущим достаточно велик. Полисмен следил за этим по часам. Следует отметить, что собственные часы в те годы были редкостью. Во всех странах мира, в том числе и в России, администрация дорог выдавала их служащим станций, машинистам, а затем и телеграфистам.

В соответствии с английскими правилами, в течение первых пяти минут после прохода поезда полисмен должен был показывать запрещающий сигнал, затем в течение еще пяти минут — предупреждающий и лишь затем — разрешающий. Сигналы подавались цветными флажками. После начала ночного движения применялись уже и фонари.

Выбор цветовой гаммы был определен физиологией человеческого глаза. Максимум чувствительности отвечает красному и зеленому цветам. Они видны с большого расстояния. Соответственно, красный цвет флага и сигнального фонаря с самого начала использовался в качестве запрещающего сигнала. Для предупреждающего применяли зеленый цвет. Разрешающим являлся белый, который ночью соответствовал цвету сигнального фонаря без фильтра. Последний часто был близок к желтому цвету.

При ночной подаче световых сигналов столкнулись с неожиданной трудностью. В качестве разрешающего сигнала машинисты иногда принимали свет фонарей уличного или станционного освещения. Поэтому очень быстро для разрешающего сигнала стали использовать зеленый, а предупреждающим сигналом стал желтый или оранжевый. Хорошо известно, что зеленый цвет можно получить, смешивая желтую и синюю краски. Соответственно, на сигнальном фонаре, испускавшем желтый свет, надо было устанавливать синие фильтры. Так и поступали на практике. Именно с этого времени на железных дорогах в качестве еще одного сигнального цвета стали использовать синий.

Такая цветовая гамма сохранилась на железнодорожном транспорте до настоящего времени. Она перешла на уличные светофоры в городах, а также послужила основой для выбора опознавательных цветов на морском и авиационном транспорте, следующим правилу «справа по ходу движения зеленый цвет, слева — красный». Это расположение цветов характерно и для всех светофоров с горизонтальным расположением сигналов. Надо полагать, что этот выбор теперь уже не изменится.

Использование человека, который выходит с флажком или фонарем, чтобы дать сигнал поезду, — далеко не лучшее решение проблемы сигнализации. Очень скоро стало очевидным, что на железных дорогах нужны стационарные сигнальные устройства, которые должны быть устроены так, чтобы их можно было хорошо видеть издали. Прежде всего, такие устройства надо располагать на входах и выходах станций, а также перед разъездами и пересечениями. Следующий момент — разделение длинных перегонов на участки, перед которыми расположены сигнальные устройства.

Конечно, на первых этапах их внедрения они должны были обслуживаться находящимся рядом персоналом. Такие устройства располагались на столбах, мачтах, башнях и будках. На них устанавливали различные диски, стержни, впоследствии названные крыльями или руками. В США на башни поднимали специальные комбинации шаров или других далеко видных предметов, которые назывались корзинами (рис. 1).
Корзины поднимали или опускали на мачтах в разных комбинациях. Доски и диски имели возможность вращаться. Разные их положения определяли, запрещен проезд или нет. Применение вращающихся устройств началось уже в начале 30-х годов XIX в. В ночное время на сигнальных мачтах поднимали цветные световые сигналы.

Первоначально в каждой стране и даже на многих дорогах одного государства применяли разные системы сигналов. Постепенно эту технику стандартизировали. Изначально использовали только запрещающие сигналы. Если запрета не было, то это соответствовало разрешению на проезд. В 1841 г. на Великой Западной дороге в Англии появились и специальные разрешающие сигналы. Их изобретение связывают с именем строителя этой дороги Брюнеля. Он был единственным сыном известного инженера и изобретателя сэра Марка Брюнеля.

Брюнель-младший прославился строительством тоннелей, мостов, портовых сооружений и судов. Проложил свыше 1000 миль (1600 км) железнодорожных путей в пределах Англии. Для подачи сигналов использовали вращающийся окрашенный диск. Если своей плоскостью он был ориентирован в направлении движения, то это являлось запрещающим сигналом. Если же диск поворачивался, то становился виден горизонтальный, окрашенный стержень, разрешавший проезд. В СССР такой тип сигнализации использовали в течение ряда лет в качестве дополнения к семафорам.

Начиная с 1841 г., в Англии начали использовать семафоры с изменяющими положение крыльями. На семафорах применяли и комбинации подвижных цветных фонарей. Для передачи сигналов семафор впервые использовал в 1794 г. во Франции Шапп. Его конструкция имела несколько крыльев или фонарей. У крыльев было до 7 разных положений. Телеграф Шаппа использовали до тех пор, пока его не заменил электрический. Башни семафоров располагались на расстояниях от 8 до 16 км друг от друга.

В Англии семафоры использовали первоначально для передачи сигналов на корабли. В 1841 г. Грегори впервые применил семафор в качестве сигнализации на железных дорогах. В те годы основной опасностью считалось образование льда на крыльях семафора, которое не позволяло переключать его из одного положения в другое.

Крыльев у семафора, расположенного на одной и той же мачте, могло быть несколько. Иногда они «переламывались» в своей средней части. Ряд сложных крыльев современных семафоров, повторяющих разработки конца XIX в., приведен на рис. 2. Они и сейчас используются на Пенсильванской железной дороге в США. Крылья окрашиваются в разные цвета и могут быть соединены с фонарями разного цвета. На них также могут быть разные прорези и прикрепленные дополнительные знаки. Горизонтальное положение обычно соответствовало запрету дальнейшего движения поезда. В наклонном положении крыло семафора составляло угол в пределах от 30° до 45° по отношению к мачте.
Первоначально в разрешающем проезд положении крылья всегда отклонялись вниз. Это называлось использованием нижнего квадранта. Такое отклонение, однако, таило в себе определенную опасность. Крыло под действием силы тяжести самопроизвольно переходило в нижнее положение. Это приводило к возникновению аварийных ситуаций. Соответственно, постепенно стал осваиваться верхний квадрант.

Такое разрешающее положение крыла использовали и в нашей стране. В общем же, даже в XX в. во многих государствах применяли верхний и нижний квадранты семафора, а также верхнее вертикальное положение крыла. При использовании семафоров с несколькими крыльями нормальное положение дополнительных крыльев отвечало их вертикальному направлению вниз, когда они были просто не заметны на фоне основной мачты. В общем, различных комбинаций в положении крыльев было достаточно много. В разных странах смысл сообщений при одинаковом положении крыльев мог быть разным.

При использовании семафоров и светофоров очень важным является вопрос о том, к какому пути относится соответствующий сигнал. Постепенно выработалось правило, что сигнальная мачта должна находиться в странах с правосторонним движением справа от пути, к которому относится сигнал. Во второй половине XIX в. для указания того, к какому направлению движения поезда относится сигнал семафора, использовали дополнительные корзины или же другие хорошо видимые предметы. Это учитывало специфику английского языка. В нем основной смысл слова «даун» (down) означает «вниз», а слова «ап» (up) — «вверх».

В то же время, даунтаун (downtown) — это деловая часть города (его центр), а аптаун (uptown), наоборот, означает жилые кварталы, т.е. относится к части города, расположенной вне центра. Соответственно даунтрейн (downtrain) — это поезд, идущий к центру, а аптрейн (uptrain) — движущийся от центра. Такие названия поездов в США используются и сейчас. Они относятся не только к внутригородскому транспорту. На внегородских линиях даунтрейн означает поезд, направляющийся к городу, а аптрейн — в сторону от него.

С учетом этих обстоятельств для семафоров, которые относились к поездам, направлявшимся к большому городу, дополнительная корзина располагалась ниже крыла семафора, а для поездов, шедших в противоположном направлении, — сверху. Возможно, именно это обстоятельство и привело в ряде случаев к появлению на конце крыльев семафора дополнительных дисков.

К началу XX в. на семафорах повсеместно стали использовать электрические фонари, цвет которых изменялся при помощи вращающихся фильтров, а иногда и линз. Именно в этот период во всем мире окончательно установились значения трех основных цветов: красного, желтого и зеленого. В Европе использовали, как и сейчас на дорогах России, комбинации из двух фонарей. В начальный период развития железных дорог это применялось только для указания о переходе поезда с одного пути на другой. Световые сигналы в тот период применялись совместно с семафорами и сигнальными дисками, объединяясь в одно устройство.

В наше время световые сигналы используются чаще всего независимо от семафоров, а последние постепенно исчезают. Световые сигналы различаются по цвету, взаимному расположению и числу. В ряде случаев ныне используются и мигающие световые сигналы, а их форма не обязательно должна быть круглой. На рис. 3 изображен современный светофор одной из скандинавских стран. Сигнал на нем означает, что разрешено движение со скоростью не более 40 км/ч.
Современные семафорные и светофорные сигналы несут много информации. Широко используются сигналы, которые ограничивают допустимую скорость движения, указывают на очередность прохождения поездов и т.д. В России такой разветвленной системы сигналов нет, что вместе с их единообразием в пределах всей страны является несомненным достоинством.

В XIX в. световые дополнительные сигналы устанавливали и на поездах. Так, в Англии синий сигнальный фонарь в головной части паровоза означал грузовой поезд. Световые сигналы на локомотиве передавали информацию о том, идет экспресс или обычный пассажирский поезд, о загруженности вагонов и многое другое. В общем, часть этой информации можно полагать избыточной.

В конце XIX в. на железных дорогах ряда стран использовали также и звуковые сигналы в виде колоколов (звонков). Они имели разный смысл. Наиболее часто при отправлении поезда со станции раздавался звон сигнального колокола. Его повторяли на всех блок-участках перегона и у переездов. Когда сигнал достигал следующей станции, это означало, что перегон занят и встречный поезд отправлять запрещено. Со временем этот тип сигнализации повсеместно исчез.

Постепенно стационарные сигналы начали устанавливать у входов и выходов станций. Затем перегоны разбили на блок-участки. Около стационарных сигналов появились и дома для обслуживающего персонала. Особое внимание при организации движения уделяли прохождению поездов через однопутные тоннели. Уже первый горный тоннель в австрийском Земмеринге был снабжен телеграфными устройствами на обоих своих порталах.

Нужно помнить, что в середине XIX в. телефонная связь отсутствовала, а телеграфия в современном понимании только начинала свое развитие. В то время применяли электроуправ- ляемые сигнализаторы, предшественники нынешнего телеграфа. Внешний вид одного из таких устройств приведен на рис. 4. Хорошо видно, что на поле сигнализатора расположены буквы, а в центре имеются 5 игл, которые способны перемещаться вправо и влево под действием мгновенных импульсов тока. Направление перемещения (вправо или влево) зависело от полярности электрического сигнала. Для каждой иглы применяли отдельную проводку. Сигналы читались медленно, и надо было каждый раз дополнительно передавать на станцию сообщение о том, что сигналы, точнее их части, поняты.
Англичане гордятся тем, что именно с помощью такого железнодорожного телеграфа было передано сообщение о рождении в королевской семье сына. Известен и случай, когда передача сигнала по телеграфу позволила перехватить преступника, ехавшего поездом. Тем не менее, известны и такие факты, когда наличие простейшей телеграфной связи не спасало от столкновений поездов и даже провоцировало ЧП.

Так, 25 августа 1861 г. в одном из тоннелей Англии произошла авария. В схеме безопасности использовали телеграф с двумя иглами. При этом все инструкции были выполнены персоналом правильно. Причиной же аварии оказалось то, что схема для передачи о выходе поезда от одного из порталов тоннеля использовала для этой цели провод, который являлся заземляющим для передачи сигналов с противоположного портала. Эти и другие проблемы были обсуждены после специального доклада 13 января 1863 г. в английском Институте гражданских инженеров.

Аварий, связанных с неправильным использованием телеграфа, было все-таки не очень много. Из их анализа всегда делались необходимые выводы. При этом постепенно шла замена телеграфных систем со многими проводами и импульсным питанием на современные, использующие ключи и азбуку Морзе. В России, например, световые телеграфы и прочие устройства начали применять на телеграфе Морзе, начиная с 1854 г. А в 1909 г. уже использовали телеграфные буквопечатающие аппараты системы Бодо.

Телеграфия, имеющая свою самостоятельную и длительную историю, бурно развивалась именно в годы железнодорожного строительства. В США это был период активного освоения западных территорий. При этом железные дороги и телеграфные линии часто прокладывали в одних и тех же направлениях. Поэтому уже в 1851 г. было принято решение о скоординированной эксплуатации технических достижений.

Многие изобретатели, связанные с телеграфией, начинали свою служебную карьеру на железных дорогах. Так, проводником работал в молодости известнейший американский изобретатель Эдисон. Он сделал свое первое изобретение — способ дуплексной телеграфии, который позволял одновременно посылать морзянку во встречных направлениях, используя только один провод.

Развитие сигнализации на железных дорогах с самого начала поставило вопрос и о создании блокировочных систем. Первым шагом на этом пути была блокировка запрещающего сигнала семафора на все время прохождения поезда через соответствующий участок. Удачная система такого рода, предложенная Тейером, начала применяться в Англии уже в 1852 г. В России ее распространяли с 1868 г.

Короче говоря, основные принципы сигнализации, автоматики и блокировки были выработаны к концу XIX в. В дальнейшем весь XX в. шло совершенствование устройств, накопление опыта и создание соответствующих научных направлений. Все достижения в этом плане основывались на принципах, которые были разработаны в начальный период эксплуатации железных дорог. Этот период можно считать закончившимся к началу XX в. или, более точно, к началу первой мировой войны в августе 1914 г.

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin