Счетчик осей — это система, используемая в железнодорожной сигнализации для определения свободного или занятого состояния участка пути между двумя точками. Система обычно состоит из датчика колес (по одному на каждый конец участка) и блока оценки для подсчета осей поезда как на входе, так и на выходе из участка. Они часто используются для замены рельсовой цепи .
Счетчик осей состоит из датчика, который обнаруживает отдельные оси поезда механическим, электрическим или даже оптоволоконным методом, и вычислителя, который подсчитывает оси, входящие и выходящие из рельсовой секции. Вычислитель также может преобразовывать аналоговый сигнал датчика осей в цифровой сигнал. Однако в некоторых случаях существует отдельный блок, который выполняет эту задачу.
Система настраивается путем установки датчика счетчика осей на каждом конце секции. Когда каждая ось поезда проходит мимо датчика счетчика осей в начале секции, счетчик увеличивается. Датчик счетчика осей состоит из двух независимых датчиков (поэтому устройство может определять направление и скорость поезда по порядку и времени, в течение которых проезжают датчики). Когда поезд проходит мимо аналогичного датчика счетчика осей в конце секции, система сравнивает счетчик в конце с тем, что было записано в начале. Если два счетчика одинаковы, секция считается свободной.
Этот процесс выполняется критически важными для безопасности центральными компьютерами, называемыми «оценщиками», с датчиками счетчика осей, расположенными в требуемых местах на поле. Датчики счетчика осей либо подключаются к оценщику через выделенный медный кабель, либо через систему телекоммуникационной передачи . Это позволяет размещать датчики счетчика осей на значительном расстоянии от оценщика и полезно при использовании централизованного оборудования блокировки , но менее полезно, когда сигнальное оборудование расположено рядом с линией в шкафах оборудования.
Наиболее распространенное применение счетчиков осей — железнодорожная сигнализация для обнаружения свободных путей. Это форма блоковой сигнализации , которая не позволяет двум поездам находиться на одном участке пути (блоке) одновременно. Блоковая сигнализация снижает вероятность столкновения, поскольку разделение пути на блоки гарантирует, что между поездами всегда будет достаточно места, чтобы один из них остановился, прежде чем он врежется в другой, идущий впереди. [1]
Счетчики осей также используются для включения и выключения предупреждающего оборудования на железнодорожных переездах , закрывая переезд для пешеходов и автотранспортных средств при обнаружении присутствия поезда и позволяя им открываться, когда поезд проезжает через переезд. [2]
Счетчики осей используются на железнодорожных станциях для обнаружения вагонов поездов по мере их сортировки. Счетчики осей размещаются на пути перед каждой стрелкой и на каждом пути, который выходит из стрелки. Программное обеспечение для управления железнодорожными станциями использует данные о занятости со счетчиков осей для блокировки стрелок и предотвращения направления вагонов на пути, занятые другими вагонами.
В отличие от традиционных рельсовых цепей , счетчики осей не требуют установки изолированных рельсовых стыков. Это позволяет избежать разрыва непрерывности длинных участков сварного рельса для установки изолированных стыков.
Счетчики осей особенно полезны на электрифицированных железных дорогах, поскольку они устраняют необходимость в тяговых и импедансных связях. Счетчики осей не требуют никаких связей и меньшего количества кабелей по сравнению с рельсовыми цепями, и поэтому, как правило, менее дороги в установке и обслуживании.
Счетчики осей устраняют большинство стыков рельсов (IRJ), которые являются слабым местом на пути.
Счетчики осей не страдают от проблем с загрязнением головки рельса ржавчиной, смазкой или уплотненными остатками листьев. Иногда поезд кладет противоскользящий песок, чтобы помочь замедлению во время торможения, но песок загрязняет рельс, и рельсовая цепь перестает работать. Счетчики осей невосприимчивы к этим проблемам, поскольку они не полагаются на контакт колеса с головкой рельса для обеспечения электрической цепи.
Счетчики осей используются в мокрых туннелях (например, туннель Северн ), где обычные рельсовые цепи ненадежны. Счетчики осей также полезны на стальных конструкциях (например, мост Форт ), что может помешать нормальной работе рельсовых цепей, если изоляция рельсов от конструкции окажется нецелесообразной. Счетчики осей также полезны на длинных участках, где может быть сохранена необходимость в нескольких промежуточных рельсовых цепях. Счетчик осей может работать на расстоянии около 10 000 метров (33 000 футов) от блока оценки при прямом подключении. Однако с добавлением сети Ethernet расстояние ограничивается системой передачи.
По разным причинам, например, из-за сбоя питания, счетчики осей могут «забывать», сколько осей находится в секции. Поэтому для сброса системы необходимо ручное управление. Это ручное управление вводит человеческий фактор, который может быть ненадежным. Считается, что авария, произошедшая в туннеле Северн, произошла из-за неправильного восстановления счетчика осей. Однако это не было доказано в ходе последующего расследования. В более старых установках оценщики могут использовать 8-битную логику, вызывая числовое переполнение, когда поезд с 256 или более осями проходит мимо счетчика осей. В результате этот поезд не будет обнаружен. Это накладывает ограничение на длину в 255 осей на каждый поезд. [3] Более современные системы не ограничены номерами колес поезда.
При наличии блокированных стрелочных переводов необходимо предусмотреть счетчик осей для каждого участка этого перевода. На линиях с неблокированными/ручными стрелками обнаружение стрелочных переводов должно контролироваться отдельно, тогда как на линиях с рельсовыми цепями смещенные стрелки могут быть настроены на автоматическое прерывание рельсовой цепи.
Система рельсовых цепей действительно облегчает обнаружение многих, но не всех видов сломанных рельсов, хотя только в ограниченной степени в зонах тяги переменного тока , и не в общей рельсе в зонах тяги постоянного тока . Напротив, счетчики осей вообще не могут обнаружить сломанные рельсы. Обычные рельсовые цепи имеют слепую зону длиной около метра от соединений проводки до изолированного рельсового стыка (IRJ).
Счетчики осей испытывают проблемы с поддержанием правильного подсчета, когда колеса поезда останавливаются непосредственно на механизме счетчика. Это известно как «колесный рок» и может оказаться проблематичным на станциях или в других местах, где вагоны маневрируют, соединяются и разделяются. Кроме того, там, где на главных линиях есть стрелки на запасные пути, подъездные пути или кольцевые пути, необходимо будет развернуть дополнительные счетчики для обнаружения поездов, входящих или выходящих с линии, тогда как та же инфраструктура с использованием рельсовых цепей не требует особого внимания.
В Окленде , Новая Зеландия , счетчики осей использовались на всех линиях, где требуются рельсовые цепи, за исключением особых мест, где транспортные средства для обслуживания Hi Rail находятся на путях или вне их. Все пути пересечения дорог на общественных железнодорожных переездах считаются точками доступа Hi Rail, и используется короткая однорельсовая рельсовая цепь постоянного тока. Также есть несколько однорельсовых рельсовых цепей постоянного тока в местах, не являющихся железнодорожными переездами, где транспортные средства Hi Rail могут получить доступ к пути.
Магнитные тормоза используются на высокоскоростных \ высокоскоростных поездах с максимальной скоростью более 160 километров в час (100 миль в час). Это физически большие куски металла, установленные на тележке транспортного средства, всего в нескольких сантиметрах над рельсами. Иногда они могут быть ошибочно обнаружены счетчиками осей как другая ось. Это может произойти только на одном конце путевого блока из-за кривизны магнитного поля, дефектов геометрии пути или других проблем, что приводит к сбою в работе системы сигнализации, а также требует сброса памяти обнаружения. Современные счетчики осей устойчивы к «вихревым токам» и преодолевают магнитный эффект тормозной системы, описанный выше, при этом информация о счете остается стабильной, даже когда транспортное средство, оснащенное магнитными тормозами, тормозит при прохождении точки обнаружения.
Один из методов установки датчика счетчика осей — просверлить отверстие в рельсе, однако это часто считается трудоемким, а также имеет недостаток в виде ослабления конструкции рельса. Однако это устраняет необходимость в выравнивании, что может помочь снизить расходы на техническое обслуживание. [4]
Другой метод установки — установка датчика счетчика осей на крепление, которое зажимается снизу по обеим сторонам рельса. Это быстрее и проще для установки в правильных условиях, но может означать более частые проверки для обеспечения сохранения правильного положения. [5]
Существует четыре способа обеспечения сброса и восстановления работоспособности счетчиков осей:
В большинстве стран используются вариации четырех вышеперечисленных методов, иногда с различной степенью автоматизации или человеческого участия.
Подсчет осей изначально начинался с механизмов, похожих на педали . Они состояли из механического контактного устройства, установленного на внутренней стороне подошвы рельса; фланец колеса, проходящий по устройству, приводил в действие рычаг. Однако они были подвержены ошибкам и были заменены в Европе в конце 19 века гидравлическими рельсовыми контактами. [7]
Гидравлические рельсовые контакты приводились в действие прогибом рельса, вызванным осевой нагрузкой, проходящей по путям. Первые цилиндры были заполнены ртутью, позднее использовалось гидравлическое масло. Затем их заменили пневматическими переключающими элементами. [7]
В пневматических системах подсчета осей поршни приводились в действие определенными нагрузками и скоростями. Они оказались ограничены в применении, и поэтому с 1950-х годов были заменены магнитными контактами. [7] До этого момента рельсовые цепи всегда имели большое преимущество, когда дело касалось надежности.
Магнитные контакты были первыми бесконтактными коммутационными устройствами. Они были известны как «магниты подсчета осей». Железные фланцы колес приводили в действие путем прерывания магнитного поля. Первый патент США на счетчик осей, поданный 3 июня 1960 года Эрнстом Хофштеттером и Куртом Хаасом, [8] был для устройства этого типа. В это время также производились индуктивные методы на основе трансформаторов. В 1970-х годах разработки в области электроники, а также внедрение интегральных схем позволили разработать счетчики осей, используемые в настоящее время. [7]