Минеральные элементы щелочного характера (катио­ны)

Автоматикой и телемеханикой называется отрасль техники, обеспечивающая контроль и управление производственными процессами. Железнодорожная автоматика и телемеханика способст­вуют повышению производительности труда, увеличению пропускной способности, обеспечению безопасности движения поездов, улучше­нию условий и культуры труда железнодорожников, совершенствова­нию методов обслуживания. Эти устройства позволяют более эффективно использовать весь комплекс технических средств железнодорожного транспорта, обладая высокими показателями эксплуатационной, технической и экономической эффективности.

Средства автоматики и телемеханики заменяют труд человека при контроле и управлении производственными процессами. На­иболее общей и совершенной системой автоматики является систе­ма автоматического регулирования (САР). Различные виды САР отличаются принципом действия, конструкцией элементов, областью применения и т. п. Однако они имеют ряд общих функциональных узлов, позволяющих представить любую систему САР в виде общей функциональной схемы.

Рис. 1.1. Общие функциональные схемы САР

В системе автоматического регулирования (рис. 1.1, а) из­мерительный орган (датчик Д) измеряет регулируемую величину. В качестве измерительного органа используют датчик, преобразующий регулируемую величину в пропорциональную ей другую физическую величину, удобную для воздействия на орган сравнения ОС. Элементами, выполняющими функции измерительного органа, могут быть тахогенератор, преобразующий скорость вращения в ЭДС, или ток; термопара, преобразующая изменение температуры в ЭДС; мембрана, преобразующая изменение давления в перемеще­ние, и т. п. Измерительные органы, как правило, должны потреб­лять малую мощность, чтобы не нарушать регулируемый процесс.

Задающий орган ЗО служит для задания установленного значе­ния регулируемой величины. Функции этого органа могут выпол­нять простые элементы, например, реле, кнопка, рукоятка, если задание является постоянным, или сложные, если задание являет­ся переменным и должно вычисляться в зависимости от конкретных значений нескольких переменных.

Орган сравнения ОС предназначен для определения отклонения фактического значения регулируемой величины от заданного в результате их сравнения. Для обеспечения работы органа срав­нения необходимо, чтобы выходные параметры измерительного и задающего органов имели одинаковую физическую величину.

При отклонении фактического значения от заданного орган сравнения передает воздействие на исполнительный орган ИО, ко­торый восстанавливает заданное значение регулируемой величины объекта регулирования ОР.

Таким образом, САР представляет собой замкнутую цепь воз­действий: объект — на измерительный орган (датчик) — орган сравнения — исполнительный орган — объект регулирования. Поэ­тому рассмотренная структура САР называется также замкнутой системой автоматического управления. Замкнутая цепь воз­действий состоит из двух основных частей. Одна из них контро­лирует регулируемую величину, а другая — управляет ею.

Функциональная схема САР может содержать и другие элемен­ты. Во многих случаях, например, между органами сравнения и ис­полнительным имеется усилительный орган, так как мощность на выходе органа сравнения обычно невелика и недостаточна для уп­равления исполнительным органом.

На железнодорожном транспорте широко распространены разом­кнутые системы автоматического регулирования, в которых осуще­ствляется лишь одна из функций САР — автоматический контроль или автоматическое управление.

В системах автоматического контроля (рис. 1.1, б) измери­тельный орган (датчик Д) воздействует на указательный орган УО, который сигнализирует или записывает значение контролируе­мой величины или положение объекта (контроль положения стре­лок, сигналов, свободности путей и т. п.). Функция управления объектом здесь отсутствует и может выполняться другой системой.

В системе автоматического управления (рис. 1.1, в) функ­ция контроля отсутствует. Объект может контролироваться другой системой.

В системах автоматики расстояние между объектом управления или объектом контроля и пунктом управления или пунктом контро­ля невелико. Если требуется осуществлять управление или конт­роль удаленными объектами, то необходимы специальные техничес­кие средства для сокращения числа каналов связи между пункта­ми и объектами управления и контроля. В этом случае системы автоматики преобразуются в системы телемеханики. Системы теле­механики отличаются от систем автоматики тем, что они содержат каналы связи КС, шифраторы Ш, передатчики Пер, приемники ПРи дешифраторы ДШ.

К системам телемеханикиотносят телерегулирование (рис.1.2, а), телесигнализацию (рис. 1.2, б),телеуправление (рис. 1.2, в).

Рис. 1.2. Системы телемеханики

Применение систем телемеханики дает возможность управления и контроля большим числом удаленных объектов из одного цент­рального пункта с использованием небольшого числа (часто одно­го) каналов связи. Различия между системами автоматики и теле­механики условны. На практике не во всех случаях можно про­вести четкую границу между системами автоматики и телемеха­ники. Часто применяют комплекс устройств, содержащий несколь­ко систем автоматики и телемеханики.

На железнодорожном транспорте для повышения пропускной способности и обеспечения безопасности движения поездов ис­пользуют следующие основные системы автоматики и телемеханики, обеспечивающие нормальное функционирование устройств сигнали­зации, централизации и блокировки (СЦБ).

Автоматическая блокировка(автоблокировка) — система ин­тервального регулирования движения поездов на перегонах при помощи путевых светофоров, показания которых изменяются ав­томатически под действием движущихся поездов. При автоблоки­ровке межстанционные перегоны делят на блок-участки, каждый из которых ограждается проходным светофором. Блок-участок оборудуют рельсовой цепью, которая является датчиком информации о наличии или отсутствии на ней поезда. Светофоры сигнальными огнями передают информацию о состоянии впереди лежащих блок-участков. Воспринимая эту информацию, машинисты движущихся поездов регулируют скорость поездов в соответствии с показаниями светофоров.

Автоматическая локомотивная сигнализация и автостопы (АЛС)— устройства, предназначенные для повышения безопаснос­ти движения поездов и улучшения условий работы локомотивных бригад. Устройства АЛС обеспечивают автоматическую передачу с пути и прием на локомотиве сигналов, соответствующих показа­ниям путевого светофора, к которому приближается поезд.

В зависимости от совершенства и уровня решаемых эксплуа­тационных задач различают системы АЛС с контролем бди­тельности, контролем скорости и авторегу­лировкой скорости.

При контроле бдительности поезд останавливается автома­тически, если после предупреждения (например, звукового сиг­нала) о смене сигнала на более запрещающий или по истечении контрольного времени машинист нажатием рукоятки бдительности не подтвердит бдительность. Контроль бдительности может быть неоднократным или периодическим.

Система АЛС с контролем скорости по техническим призна­кам относится к разомкнутым системам автоматического регулиро­вания. Снижение скорости до значения, определяемого сигна­лом АЛС, производит машинист. Если машинист не выполнит за­данную программу снижения скорости, то произойдет автомати­ческое торможение.

Наиболее совершенной является система АЛС с авторегули­ровкой скорости, которая представляет собой замкнутую систе­му автоматического регулирования (см. рис. 1.1, а). Объектом регулирования является скорость поезда. Заданная скорость движения определяется сигналом АЛС (задающий орган), а фак­тическая скорость движения контролируется скоростемером (дат­чиком), связанным с колесом локомотива. Информация о за­данной и фактической скорости движения сравнивается в ор­гане сравнения. Если фактическая скорость превышает заданную, создается воздействие на исполнительный орган, связанный с тормозами поезда; начинается торможение и снижение скорости до заданной величины, после чего торможение прекращается. Фактическая скорость непрерывно фиксируется скоростемером (датчиком). Таким образом, система автоматического регулирования скорости обеспечивает автоматическое снижение скорости до заданной.

Полуавтоматическая блокировка — система регулирования движения поездов на линиях с неинтенсивным движением, при которой правом на занятие поездом перегона является разре­шающее показание выходного сигнала станции. Открытие сигна­ла производит дежурный по станции или блокпосту, а закрытие осуществляется автоматически от воздействия движущегося поезда. Прибытие поезда в полном составе и освобождение перего­на подтверждает дежурный по станции.

Автоматический диспетчерский контрольпредставляет собой систему телесигнализации (см. рис. 1.2, б) о местоположении поездов на участке, состоянии сигналов и свободности путей на промежуточных станциях и другую информацию.

Автоматическая переездная сигнализация и автоматические шлагбаумы — ограждающие устройства на переезде, обеспечиваю­щие автоматическое включение светофорной сигнализации для автотранспорта и автоматическое закрытие шлагбаумов (при их наличии) при приближении поезда. Эти устройства предназначены для обеспечения безопасности движения поездов при пересе­чении железных дорог в одном уровне с автомобильными. Переездная сигнализация выключается и шлагбаум открывается автоматически после освобождения поездом переезда.

Электрическая централизация стрелок и сигналов — комплекс станционных устройств автоматики и телемеханики, позволяющий управлять стрелками и сигналами целой станции (или отдельной ее части) из одного пункта (поста ЭЦ), обеспечивающий безопасность движения поездов и высокую пропускную способ­ность станции. При всех видах электрической централизации для перевода стрелок устанавливают электроприводы; приемо-отправочные пути и стрелочные участки оборудуют рельсовыми цепями; в качестве сигналов применяют светофоры. В зави­симости от типа электрической централизации управление стрел­ками может быть раздельным или маршрутным. При раздель­ном управлении маршрут устанавливают переводом каждой входя­щей в маршрут стрелки нажатием кнопки или поворотом стрелоч­ной рукоятки, после чего нажатием сигнальной кнопки открывают сигнал. При маршрутном управлении стрелки переводят, и сигнал открывают нажатием двух или нескольких кнопок на пульте управления.

Диспетчерская централизация — комплекс устройств, в сос­тав которого входят устройства электрической централизации на станциях, автоблокировка на перегонах и кодовые системы телеуправления (ТУ) и телесигнализации (ТС) для передачи команд управления с центрального пункта и передачи извеще­ний с контролируемых объектов на центральный пункт.

Устройства диспетчерской централизации дают возможность уп­равлять из одного пункта стрелками и сигналами в пределах диспетчерского участка протяженностью до 300 км. Современные системы диспетчерской централизации дают возможность управлять объектами, удаленными от пункта управления практически на любое расстояние.

Автоматизация сортировочных горок— комплекс устройств, предназначенный для повышения перерабатывающей способности сортировочных горок и обеспечения безопасности движения, со­стоящий из горочной автоматической централизации (ГАЦ) для автоматического перевода стрелок по маршрутам следования от­цепов; системы автоматического регулирования скорости скаты­вания отцепов (АРС), обеспечивающей интервальное и прицельное торможение для поддержания необходимых интервалов между отце­пами; автоматического задания скорости роспуска (АЗСР), обес­печивающего возможность роспуска состава с переменной скоро­стью с целью повышения перерабатывающей способности горки; телеуправления горочным локомотивом (ТГЛ) для автоматичес­кого регулирования скорости надвига состава на горку без учас­тия машиниста; программно-задающих устройств (ГПЗУ), позво­ляющих получить наиболее эффективный режим роспуска отцепов на сортировочной горке.

Основные положения и порядок работы устройств СЦБ, как и других сооружений и устройств железнодорожного транспорта, устанавливаются Правилами технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (ПТЭ), точное выполнение которых обеспечивает слаженность работы всех звеньев железнодорожного транспорта, четкую и бесперебойную работу железных дорог и безопасность движения.

В соответствии с требованиями ПТЭ для обеспечения безо­пасности движения, а также для четкой организации движения поездов и маневровой работы служат сигналы. Сигнал является приказом и подлежит беспрекословному выполнению. На железно­дорожном транспорте применяют только сигналы, утвержденные министром транспорта. В качестве постоянных сигналов применяют светофоры. При повреждении на светофоре должен ав­томатически загораться красный огонь, а на предупредительном светофоре — огонь, соответствующий запрещающему показанию связанного с ним основного светофора.

С устройствами, описанными в разделе 2.1, можно ознакомиться по [1, 2].

Контрольные вопросы и задание

Контрольные вопросы

1.Для чего предназначены средства железнодорожной автоматики и телемеханики?

2.Чем отличаются функциональные схемы САР?

3.Из каких элементов состоит функциональная схема управления?

4.Из каких элементов состоят схемы телеуправления и телесигнализации?

5.Для чего предназначена автоблокировка, полуавтоматическая блокировка и автоматическая локомотивная сигнализация?

6.Для чего предназначена электрическая и диспетчерская централизация?

7.Какие устройства входят в комплекс средств автоматизации сортировочных горок?

8.Для чего предназначены светофоры?

Задание

Запустить на персональном компьютере (ПК) программу 1 (см. приложение 7) и ознакомиться с ее действием.

Наиболее распространенными элементами систем железнодорож­ной автоматики и телемеханики являются реле и приборы релей­ного действия, при помощи которых осуществляются процессы автоматического управления, регулирования и контроля движения поездов, а также различные схемные зависимости.

Основным отличием реле и приборов релейного действия от дру­гих элементов автоматики и телемеханики является скачкообраз­ное изменение выходной величины у при плавном изменении вход­ной величины х (рис. 2.1). При изменении входной величины от нуля до х_сp (срабатывания) выходная величина у остается постоянной и равной нулю (или близкой к нулю). После достижения входной величиной значения х_ср скачкообразно изменяется выходная величина от нуля до у₁. При дальнейшем изменении входной вели­чины выходная величина не изменяется и остается равной у₁. При уменьшении входной величины до х₀(отпускания) выходная вели­чина скачкообразно уменьшается до нуля и остается неизменной.

Рис. 2.1. Характеристика реле Рис.2.2. Схема электромагнитного

реле

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики, как правило, применяют реле и приборы релейного действия, в которых входными и выходными являются электрические величины (ток и на­пряжение). Если скачкообразное изменениетока в выходной цепи достигается физическим размыканием цепи, то такой элемент назы­вают контактным реле,или просто реле.Если скачкообразное изменение тока в выходной цепи обусловливаетсяизменением внут­реннего состояния элемента (внутреннего сопротивления проводи­мости, индуктивности и т. п.) без физического размыкания цепи, то такой элемент называют прибором релейного действия, или бесконтактным реле.

Основной частью реле (рис. 2.2) является электромагнит — наиболее простой преобразователь электрического сигнала в меха­ническое перемещение. Электромагнит состоит из обмотки 1 с сер­дечником 2, ярма 3 и подвижной части 4, называемый якорем. Якорь воздействует на исполнительный орган – контакты 5. При прохожде­нии тока по обмотке возникает магнитный поток; магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор, пронизывают якорь, который под действием электромагнитных сил притягивает­ся, замыкая контакты. Это явление называется срабатыванием (возбуждением) реле. При выключении тока якорь под действием силы тяжести (собственного веса) или сил реакции контактных пружин возвращается в исходное состояние, размыкая контакты. Это явление называется отпусканием (обесточиванием) реле.

Для условного обозначения состояний элементов автоматики и телемеханики, в том числе и реле, применяют двоичную систему счисления: возбужденное состояние реле обозначают символом 1, обесточенное — символом 0.

Контактные реле получили наибольшее распространение в экс­плуатируемых устройствах железнодорожной автоматики и теле­механики благодаря их простоте и надежности работы. К их до­стоинствам следует отнести возможность одновременного независимого переключении нескольких выходных цепей постоянного и пере­менного тока, что обусловлено наличием раздельных групп контак­тов у этих элементов. При этом выходные цепи оказываются галь­ванически не связанными одна с другой и с входной цепью.

Достоинствами реле также являются малые потери мощности в контактном переходе, практически бесконечное отношение сопротив­лений контакта в разомкнутом и замкнутом состояниях, независи­мость от воздействия электрических и магнитных нолей, высокая электрическая прочность и др.

Однако контактные реле имеют относительно большие размеры и массу, небольшой срок службы, особенно при работе в импульсном режиме, недостаточное быстродействие, обусловленное наличием механических перемещений при работе реле. Указанные недостатки в основном могут быть устранены применением бесконтактных реле, у которых отсутствуют подвижные трущиеся элементы. Бесконтактные приборы обладают большим быстродействием, имеют малые размеры и массу, менее подвержены воздействию вибрации, наблюдающейся при проследовании подвижного состава. Бесконтактные приборы получают все более широкое внедрение.

Вместе с тем бесконтактные приборы релейного действия имеют и существенные недостатки, которые связаны с трудностью построения бесконтактных элементов, отвечающих одному из основных требова­ний к устройствам СЦБ — исключению опасных положений при по­вреждении отдельных элементов схем. При использовании бескон­тактных реле возникает трудность одновременного коммутирования нескольких выходных цепей, гальванически не связанных друг с дру­гом. Указанные недостатки ограничивают область применения бес­контактных реле в устройствах железнодорожной автоматики и те­лемеханики, поэтому в ответственных исполнительных цепях, а также при необходимости коммутации нескольких гальванически не связан­ных выходных цепей сохраняются, как правило, контактные реле, ко­торые непрерывно совершенствуются.

В перспективе наиболее приемлемым следует признать оптималь­ное сочетание контактных и бесконтактных приборов. Применение тех или иных приборов в конкретных системах автоматики и телемехани­ки определяется на основании эксплуатационных, технических и экономических требований, предъявляемых к вновь разрабатывае­мым и проектируемым системам.

Рассмотренные классификация и основ­ные характеристики относятся лишь к контактным реле.

По надежности действия реле подразделяются на I и низшие клас­сы надежности.

К реле I класса надежности относятся реле, у которых возврат якоря при выключении тока в обмотках обеспечивается с максималь­ной гарантией и осуществляется под действием собственного веса (силы тяжести). Реле I класса надежности имеют также следующие дополнительные свойства, обеспечивающие высокую надежность их действия:

несвариваемость фронтовых контактов, замыкающих наиболее ответственные цепи при возбужденном состоянии реле; для этого фронтовые контакты изготовляют из графита с примесью серебра, а остальные контакты — из серебра;

надежное контактное нажатие и сравнительно большие меж­контактные расстояния (нажатие на фронтовые контакты не менее 0,3 Н, на тыловые — не менее 0,15 Н), зазор между контактами при крайних положениях якоря должен быть не менее 1,3 мм; исключение залипания якоря при выключении тока в обмотке реле, что обеспечивается наличием антимагнитных штифтов на якоре.

Реле I класса надежности применяют во всех системах автоматики и телемеханики без дополнительного схемного контроля отпускания якоря.

У реле низших классов надежности возврат якоря при выключении тока в обмотках реле может обеспечиваться как под действием собственного веса, так и под действием сил реакции контактных пру­жин. Эти реле, как правило, используют в схемах, не связанных непо­средственно с обеспечением безопасности движения поездов (дис­петчерский контроль, схемы наборной группы маршрутно-релейной централизации, кодовая аппаратура диспетчерской централизации и др.). При использовании этих реле в ответственных цепях (дешифраторы автоблокировки и АЛС, путевые реле импульсных рельсо­вых цепей и др.) предусматривают обязательный схемный контроль притяжения и отпускания якоря реле при непрерывной импульсной работе. Если же эти реле работают в ответственных цепях с непрерыв­ным питанием, то применяют их дублирование (параллельное или последовательное включение обмоток реле и последовательное вклю­чение контактов).

По принципу действия реле подразделяют на следующие типы:

электромагнитные, в основу действия которых положено свойство электромагнита притягивать якорь и переключать связанные с ним контакты при протекании по обмотке тока. Электромагнитные реле получили наиболее широкое распространение в железнодорожной и промышленной автоматике и телемеханике;

индукционные (двухэлементные), работающие от взаимодей­ствия переменного магнитного потока одного элемента и тока, инду­цируемого в легком подвижном секторе переменным магнитным пото­ком другого элемента. Индукционные реле работают только от пере­менного тока;

электротермические, основанные на явлении расширения тел при нагревании; чаще всего в электротермических реле применяют биметаллические пластины, изгибающиеся при нагревании, и замыка­ющие контакты, связанные с биметаллическими пластинами.

По роду питающего тока реле подразделяются на реле постоянного, переменного и постоянно-переменного тока.

Реле постоянного тока подразделяются на нейтральные, поляризованные и комбинированные.

В зависимости от времени срабатывания реле делятся на быстродействующие — с временем срабатывания на притя­жение и отпускание до 0,03 с; нормальнодействующие — с временем срабатывания до 0,3 с; медленнодействующие — с временем срабатывания до 1,5 с; временные (реле выдержки вре­мени) — с временем срабатывания свыше 1,5 с.

Реле имеет два состояния — рабочее (возбужденное) и нерабочее (обесточенное). В рабочем состоянии реле возбуждено током, якорь его притянут, верхние, нормально разомкнутые (фронтовые) контак­ты замкнуты. В нерабочем положении через обмотку реле ток не про­текает (или он ниже тока отпускания), якорь находится в отпущен­ном положении, при этом замыкаются нижние, нормально замкнутые (тыловые), контакты.

Напряжение и ток, при которых якорь притягивается до упора и замыкаются фронтовые контакты, называют напряжением и током срабатывания, а напряжение и ток, при котором проис­ходит отпускание якоря, — напряжением (током) отпус­кания. Номинальное рабочее напряжение всегда несколько выше напряжения срабатывания (обычно в 1,5 раза).

Отношение напряжения (тока) отпускания U_Ок напряжению (то­ку) срабатывания U_СРхарактеризует коэффициент возврата реле

k_В=U_О /U_СРили k_В =I_О/I_СР.

Для большинства реле, используемых в устройствах СЦБ, коэффи­циент возврата находится в пределах от 0,25 до 0,5.

В устройствах автоблокировки реле, кроме специальных типов, рассчитаны на номинальное рабочее напряжение 12 В, а в стан­ционных устройствах, как правило, — на 24 В.

На железных дорогах применяют реле трех видов: малогабарит­ные штепсельные реле (НМШ, АНШ, ОМШ, АШ), предшествующие им большие штепсельные реле (НШ, КШ) и более поздние ­штепсельные реле Ленинградского (Санкт-Петербургского) завода (РЭЛ, ПЛ).

При проектировании и новом строительстве устройств предусмат­ривают использование малогабаритных штепсельных реле, которые изготовляются двух типов: в защитном кожухе (колпаке) для установки в релейных шкафах и на стативах и открытые (без кожуха) для установки в релейных блоках электрической централи­зации.

Применяемые в устройствах железнодорожной автоматики и теле­механики реле имеют специальную маркировку (условное наименова­ние), состоящую из букв и цифр, занимающих определенное место в обозначении. Первая буква или сочетание двух первых букв в обозначении указывают на физический принцип действия реле: Н — нейтральное, П — поляризованное, К – комбинированное, И — импульсное, ДС – индукци­онное переменного тока (двухэлементное секторное). Буква М, стоя­щая на втором месте в условном обозначении штепсельных реле, ука­зывает на малогабаритное исполнение реле. Буква М отсутствует у малогабаритных реле автобло­кировки, у которых буква А означает, что это реле автоблокировки малогабаритное. У пусковых реле в условном наименовании имеется буква П, а у реле с выпрямителями — буква В.

Конструкция реле, которая характеризуется в основном видом электрического контактного соединения с другими приборами, обо­значается буквой Ш (штепсельное).

Условные буквенные обозначения некоторых типов реле расшиф­ровываются следующим образом: НМШ — нейтральное малогаба­ритное штепсельное; НМПШ — нейтральное малогабаритное пуско­вое штепсельное; ИМВШ — импульсное малогабаритное штепсельное с выпрямителем; НШ — нейтральное штепсельное (боль­шое); ДСШ— двухэлементное секторное штепсельное.

У медленнодействующих на отпускание реле в обозначении имеет­ся дополнительная буква М, а у реле с замедлением на срабатывание, достигаемым с помощью термоэлемента, — буква Т, например НМШМ—нейтральное малогабаритное штепсельное медленнодей­ствующее; НМШТ — нейтральное малогабаритное штепсельное с термоэлементом.

Цифра после указанных букв характеризует контактную систему реле. У штепсельных реле цифра 1 указывает на наличие восьми контактных групп на переключение 8 фт (ф — фронтовой, т — тыловой контакты); цифра 2 обозначает четырехконтактные реле (4 фт); цифра 3 указывает на наличие у реле двухконтактных групп на пере­ключение и двух фронтовых контактов (2 фт, 2 ф); цифра 4 обознача­ет четыре полных тройника и четыре фронтовые контакта (4 фт, 4ф); цифра 5 указывает на наличие двух тройников на переключение и двух тыловых контактов (2 фт, 2 т).

У некоторых типов реле (ДСШ, ИМШ и др.) цифры, характеризующие контактную систему, не ставят. Второе число, которое пишется через черточку, указывает на значение общего сопротивления обмо­рок постоянному току при последовательном включении обмотки (НМШ1-1800, АНШ2-1600). Если обмотки включают раздельно или они имеют различное сопротивление, то его значение указывают дробью: в числителе указывают сопротивление первой катушки, а в зна­менателе — второй.

Полные номенклатуры некоторых типов реле расшифровываются так: НМШ1-1800 — нейтральное малогабаритное штепсельное реле с восемью контактными группами и общим сопротивлением обмоток, включенных последовательно, 1800 0м; НМПШ2-400— нейтральное малогабаритное пусковое штепсельное реле с четырьмя контактными группами на переключение и сопротивлением обмоток 400 Ом; НМПШЗ-0,2/220 — нейтральное малогабаритное пусковое штепсель­ное реле с контактной системой 2 фт, 2 ф и сопротивлением обмоток 0,2 и 220 Ом.

Таблица 2.1

Условные обозначения реле

Рассмотренная выше система обозначений выдерживается не для всех типов реле. Например, у огневых и аварийных реле первая буква указывает на назначение реле: ОМШ2-40 — огневое малогабаритное штепсельное четырехконтактное с сопротивлением обмоток 40 Ом; АШ2-110/220 — аварийное штепсельное четырехконтактное на номи­нальное напряжение 110 и 220 В. У нейтрального реле типа РЭЛ бук­вы в обозначении указывают: реле электромагнитное разработки Ле­нинградского электромеханического завода.

Условные графические обозначения реле в электрических схе­мах приведены в табл. 2.1.

Реле в защитном кожухе изготовляют для работы при температу­ре окружающей среды от —50 до 60 °С и относительной влажности до 90 % (при температуре 20 °С), а открытые реле, предназ­наченные для установки в релейных блоках, — при температуре окру­жающей среды от 5 до 35 °С и относительной влажности до 80% (при температуре 20°С).

Реле постоянного тока

Нейтральные реле

Электромагнитные реле постоянного тока получили наиболее широкое распространение, так как они просты по устройству и ненадежны в работе. Реле постоянного тока подразделяют на нейтральные, поляризованные и комбинированные.

Нейтральные реле не реагируют на направление тока в обмотке (нейтральны к полярности тока). Якорь нейтрального реле притяги­вается, переключая контакты при любой полярности тока в обмот­ках. После выключения тока якорь возвращается в исходное состоя­ние. Таким образом, нейтральное реле является двухпозиционным.

Электромагнитная система нейтрального малогабаритного реле типа НМШ (рис. 2.3) состоит из сердечника 1 с двумя катушками 2, Г-образного ярма 3 и якоря 4 с противовесом.

Рис. 2.3. Конструкция и нумерация контактов реле

Бронзовый упор на якоре исключает его залипание, так как препятствует касанию якоря в притянутом положении к полюсу сердечника. Якорь двумя тягами 5 управляет контактной системой. Фронтовые контакты 7 изготовляют из графита с серебряным наполнением, аобщие 8 и тыловые 9 – из серебра. Контактирующий материал помещается на концы контактных пружин. Сочетание контактов графит-серебро исключает возможность сваривания фронтовых контактов с общими при пропускании по ним тока.

При отсутствии тока в обмотках реле якорь под действием силы тяжести противовеса находится в опущенном положении, общие контакты замыкаются с тыловыми. При прохождении тока через об­мотки реле намагничивается сердечник, магнитные силовые линии замыкаются через воздушный зазор и якорь, который притяги­вается к сердечнику. Тяга перемещается вверх, размыкая тыловые и замыкая общие контакты с фронтовыми. Концы контактных пружин, через основание 6 выведенные наружу, образуют штеп­сельную розетку. Реле закрывается прозрачным кожухом 12 с ручкой 11. Кожух крепится к основанию реле затяжным винтом 10. Для включения реле в схему выведенные наружу контакты встав­ляют в гнезда штепсельной розетки, к лепесткам которой припаи­вают монтажные провода.

Шпули катушек нормально действующих реле изготовляют из фе­нопласта, а медленнодействующих из красной меди. За счет мед­ных шпулей достигается замедление на отпускание якоря до 0,2 с. Для увеличения замедления до 0,6 с на месте первой катушки, расположенной у основания, устанавливают сплошную медную гильзу.

Расположение и нумерация контактов реле типов НМШ1 и НМШМ1 приведены на рис. 2.3.

Первая катушка подключается к выводам 1 и 3, вторая, по­мещенная со стороны якоря,— к выводам 2 и 4. Катушки могут включаться раздельно, последовательно и параллельно.

Фронтовые (ф) и тыловые (т) контакты, работающие с одним общим контактом (о), образуют контактную группу или тройник. Реле типов НМШ1 и НМШМ1 имеют восемь контактных групп и обоз­начаются 8 фт. Номер каждого контакта нейтрального реле со­ставляют из двух цифр, первая из которых указывает номер кон­тактной группы, а вторая — тип контакта. Все цифровые обоз­начения общих контактов оканчиваются цифрой 1, фронтовые — 2 и тыловые —3. Например, номер 72 обозначает, что это фронтовой контакт седьмой группы, 71—общий контакт, 73—тыловой контакт. Контакты рассчитаны на переключение цепей при токе нагрузки до 2 А. Выводы от обмоток подключаются к выводам 1-3 и 2-4 (см. рис. 2.3). При последовательном включении обмоток соединяют перемычкой выводы 2-3, а при параллельном — 1-2 и 3-4.

Поляризованные реле отличаются от нейтральных наличием в магнитной системе постоянного магнита. Они имеют поляризо­ванный якорь, который переключается из одного (нормального) положения в другое (переведенное) в зависимости от направле­ния (полярности) тока, протекающего по обмоткам катушек. По надежности действия они не отвечают требованиям реле I клас­са, поэтому при использовании в ответственных схемах правиль­ность их работы проверяется схемным способом.

2.4. Конструкция реле ПМПШ 150/150

Поляризованное малогабаритное пусковое реле ПМПШ-150/150 применяют в схеме включения стрелочного электропривода совместно с реле НМПШЗ-0,2/220. Магнитная система поляри­зованного реле (рис. 2.4) состоит из катушек 1, надетых на сердечники 2; постоянного магнита 3 и поляризованного якоря 4. К якорю шарнирно прикреплена изоляционная планка 5, с помощью которой осуществляется переключение контактов. Усиленные контакты НУ (нормальный усиленный)и ПУ (переведенный усиленный)снабжены магнитами дугогашения искры.

При отсутствии тока в обмотках якорь остается и удержи­вается потоками постоянного магнита в том положении, в кото­ром он находился в момент выключения тока. Якорь реле (см. рис. 2.4) показан в нормальном положении. В этом состоянии общие контакты о замкнуты с нормальными контактами Н. Магнитный поток Ф_П постоянного магнита 3 разветвляется по двум парал­лельным ветвям (как показано сплошными линиями) в виде потоков Ф_П1 и Ф_П2. Эти потоки были бы равны, если бы якорь занимал среднее положение. Однако якорь никогда среднего положения не занимает и всегда находится в одном из крайних положений (на рис. 2.4 в ле­вом). Благодаря увеличению воздушного зазора справа и уменьше­нию его слева поток левого сердечника превышает поток правого. За счет разности этих потоков ΔФ_П= Ф_П1—Ф_П2 якорь удерживается в левом положении. Магнитный поток Ф_К, создаваемый катушками, всегда в одном стержне складывается с потоками постоянного магнита, а в другом — вычитается. Для того чтобы якорь перебросился в правое положение, необходимо по обмоткам катушек пропу­стить ток такой полярности, чтобы магнитные потоки постоянного магнита и катушек складывались в правом стержне (в левом они будут вычитаться). За счет суммарного магнитного потока якорь реле перебросится в правое положение. После выключения тока якорь остается в этом положении, так как теперь уже поток Ф_П2 будет превышать поток Ф_П1. Для возвращения якоря в прежнее положение необходимо пропустить ток другой полярности.

Реле ПМПШ-150/150 (ПМП-150/150) имеет четыре контактные группы, из них две — с усиленными контактами (контактная формула 2 нупу, 2 нп, усиленные контакты 111-112-113 и 141-142-143). Контакты поляризованного якоря нумеруются трехзначными числами. Реле ПМПШ-150/150 рассчитано на номинальное рабочее напряжение 24 В. Обмотки его вклю­чаются раздельно.Якорь реле занимает нормаль­ное положение, замыкаются контакты 111-112, 121-122, 131-132, 141-142. Расстояние между усиленными контактами не менее 7,5 мм, между остальными — 5 мм. Каждый усиленный контакт обеспечивает не менее 100000 переключений цепи постоянной тока 4 А при напряжении 240 В, а остальные контакты — цепи постоянного тока 2 А при напряжении 24 В. Замкнутые контакты выдерживают в течение 1 ч ток 15 А. Температура нагрева контактов при этом не превышает температуру окружающей среды более чем на 100 °С.

Импульсные поляризованные реле применяют в качестве путе­вых и их повторителей в импульсных рельсовых цепях, а также в некоторых других устройствах автоматики и телемеханики.

Импульсные реле обладают высокой чувствительностью, что позволяет использовать их для работы от маломощных коротких импульсов тока определенной полярности. Они не отвечают тре­бованиям реле I класса надежности, поэтому в ответственных схемах, непосредственно обеспечивающих безопасность движения поездов, осуществляется непрерывный контроль притяжения и от­пускания якоря и переключения контактов. Например, в рельсо­вых цепях применяют специальные релейно-конденсаторные или релейные дешифраторы, обеспечивающие такой контроль.

Импульсные реле в зависимости от регулировки их магнитной системы могут срабатывать от токов разных направлений, переклю­чая якорь вправо или влево в зависимости от направления тока в обмотке (нейтральная регулировка) или от тока только одного направления (регулировка с преобладанием). Импульсные путевые реле имеют регулировку с преобладанием.

Путевые реле имеют один переключающий контакт о-ф-т из металлокерамического сплава. Магнитную систему реле (рис. 2.5) образуют постоянный магнит 1 с полюсными наконечниками 2 и 4, якорь 3 и катушка 5. Полюсные наконечники и якорь выполнены из магнитомягкой стали, а постоянный магнит — из магнитотвердой. Средняя часть якоря находится внутри неподвижной катуш­ки 5. Нижняя часть якоря укреплена на неподвижной плоской пружине. Верхний конец якоря жестко связан с контактной пружи­ной 6 (общий контакт), которая в правом крайнем положении замыкается с тыловым контактом, а в крайнем левом – с фрон­товым.

Реле имеет регулировку с преобладанием вправо, чтобы его якорь при прекращении тока в обмотке возвращался в исходное положение. Преобладание вправо в данном случае достигнуто более близким расположением правого верхнего и левого ниж­него полюсных наконечников. Магнитный поток Ф_П, создаваемый постоянным магнитом, проходит от северного полюса N к южному S через полюсные наконечники 2 и 4. Часть магнитного потока проходит также через якорь 3 и воздушные зазоры у правого верхнего и левого нижнего наконечников в виде дополнитель­ного потока ΔФ_П. Поэтому общий магнитный поток в правом верхнем и левом нижнем зазорах превышает поток в левом верхнем и правом нижнем зазорах, и якорь занимает правое положение. В этом положении он удерживается также дополнительным усилием, созда­ваемым плоской пружиной.

Чтобы якорь перебросился в левое положение, необходимо пропустить по обмотке ток такого направления, чтобы поток Ф_к, создаваемый обмоткой катушки (показан штриховой ли­нией), складывался в левом верхнем и правом нижнем зазорах. В правом верхнем и левом нижнем зазорах он будет при этом вычитаться. За счет суммарного потока Ф_П Ф_К якорь переключает­ся в левое положение, в котором общий контакт замыкается с фронтовым. Для срабатывания реле необходимо, чтобы усилие, создаваемое потоком ΔФ_К, превышало усилие, создаваемое потоком ΔФ_П и реакцией плоской пружины. После выключения тока в обмотке якорь под действием усилия, создаваемого реакцией пружины, возв­ратится в исходное (правое) положение.

Рис. 2.5. Схема Рис.2 .6.Конструкция

импульсного реле реле ИМШ1

При другом направлении тока в обмотке магнитный поток Ф_К будет складываться с потоком постоянного магнита в правом верхнем и левом нижнем зазорах, и якорь останется в прежнем (правом) положении. Таким образом, при прохождении тока определенной полярности якорь реле действует так же и у нейтрального реле. Однако принципиальное отличие состоит в том, что импульсное поляризованное реле работает только от импульсов определенной полярности и не срабатывает от импульсов другой полярности.

Комбинированные реле

Комбинированные реле представляют собой сочетание нейтрального и поляризованного реле с общей магнитной системой. Они имеют нейтральный и поляризованный якоря. При прохожде­нии через обмотки тока любой полярности нейтральный якорь притягивается, в результате чего замыкаются управляемые им фронтовые контакты. Переключение поляризованного якоря и замыкание управляемых им контактов происходят в зависимости от полярности тока, протекающего через обмотки.

Комбинированное реле является трехпозиционным, так как оно может находиться в трех различных состояниях: без тока, возбуждено током прямой или обратной полярности.

Электромагнитная система комбинированного малогабаритного штепсельного реле КМШ (рис. 2.7) состоит из двух катушек 1, надетых на сердечник 2 с ярмом 3; нейтрального якоря 6; постоянного магнита 4 и поляризованного якоря 5. Нейтральный и поляризованный якоря управляют связанными с ними контактами посредством изолирующих планок 7 и 8. Если ток в обмотках реле отсутствует, то нейтральный якорь, не связанный с потоком постоянного магнита, находится в отпущенном положении; его общие контакты замкнуты с тыловыми контактами. При протекании по обмоткам тока любого направления нейтральный якорь притягивается, и его общие контакты замыкаются с фронтовыми. Таким образом, нейтральный якорь комбинированного реле действует так же, как и якорь обычного нейтрального реле.

Поляризованный якорь управляется магнитным потоком постоянного магнита и потоком, создаваемым обмотками катушек. При отсутствии тока в обмотках поляризованный якорь находит­ся в одном из крайних положений (на рис. 2.7 в левом). Магнитный поток постоянного магнита разветвляется по двум параллельным ветвям в виде потоков Ф_П1 и Ф_П2. Благодаря меньшему воздушному зазору слева поток Ф_П1 превышает поток Ф _П2 на ΔФ_П, удерживая якорь в левом положении.

При пропускании тока через обмотки катушек создается магнитный поток Ф_К, замыкающийся через сердечник по двум параллельным ветвям: через нейтральный и поляризованный якоря. Нейтральный якорь под действием этого потока притягивается. Поток постоянного магнита Ф_П2 и поток, создаваемый обмоткой катушки Ф_К, складываются с правой стороны и вычитаются с левой. Усилие, создаваемое суммарным потоком Ф_П2 Ф_К, превышает усилие, создаваемое с левой стороны потоком Ф_П1–Ф_К, поэтому поляризованный якорь переключается в правое положение, замыкая общие контакты поляризованного якоря с переведенными.

После выключения тока поляризованный якорь остается в правом положении, так как теперь благодаря уменьшению воздушного зазора справа и увеличению слева поток Ф_П2 будет превышать поток Ф_П1 на ΔФ_П. Усилие, создаваемое потоком ΔФ_П, будет удерживать поляризованный якорь в правом положении. Для того чтобы поляризованный якорь перебросился в первоначальное (левое) положение, необходимо через обмотки реле пропустить ток другого направления. Таким образом, в комбинированном реле, как и в поляризованном, осуществляется сравнение двух потоков: постоянного магнита и потока, создаваемого катушками при пропускании по ним тока. В одном из сердечников в зависимости от направления тока в катушках эти потоки складываются, а в другом вычитаются. Поляризованный якорь переключается в сторону сердечника, в котором складываются магнитные потоки.

Рис. 2.7. Схема и нумерация Рис. 2.8. Схема управления

…контактов комбинированного реле КМШ огнями трехзначного светофора

Зазор между нейтральным якорем и полюсами обеспечивается упорным штифтом на якоре. Таким же образом обеспечивается зазор между полюсами и поляризованным якорем.

Контактная система реле (см. рис. 2.7) состоит из двух контактных групп на переключение 2 фт, управляемых нейтраль­ным якорем, и двух контактных групп на переключение 2 нп, управ­ляемых поляризованным якорем. Контактирующие части подвижных пружин поляризованного и нейтрального якорей и тыловых пружин нейтрального якоря изготовлены из серебра, контактирующие час­ти остальных контактов графито-серебряные. Контактная система рассчитана на переключение электрических цепей постоянного тока 2 А при напряжении 24 В или цепей переменного тока 0,5 А при напряжении 220 В.

Всем комбинированным реле присущ недостаток, заключаю­щийся в том, что при изменении полярности тока в обмотках изменяется направление магнитного потока, и в момент его прохождения через нулевое значение реле отпускает нейтраль­ный якорь. Этот недостаток ограничивает область применения комбинированных реле. Если использовать комбинированное ре­ле для управления огнями трехзначного светофора (рис. 2.8, а), то при смене желтого огня на зеленый или наоборот происходит проблеск красного огня на светофоре. В этой схеме при отсутствии тока в обмотках реле (блок-участок занят) нейтральный якорь находится в отпущенном положении, замкнуты его контакты 11-13, на светофоре горит красный огонь.

При свободности одного блок-участка линейное реле (в ка­честве которого использовано комбинированное реле) возбужда­ется током обратной полярности, замыкаются контакты 11-12нейтрального и 111-113поляризованного якорей. На светофоре загорается лампа желтого огня. После освобождения второго блок-участка в линейном реле меняется полярность тока с об­ратной на прямую. Поляризованный якорь перебрасывается и замыкаются его контакты 111-112. На светофоре загорается зеле­ный огонь. Однако при изменении полярности тока в обмот­ках и магнитного потока в сердечниках в момент его прохожде­ния через нулевое значение реле кратковременно отпускает нейтральный якорь, замыкается тыловой контакт и на светофо­ре кратковременно появляется красный огонь, а затем нейтраль­ный якорь притягивается, замыкается фронтовой контакт и заго­рается зеленый огонь. Таким образом, смена желтого огня на зеленый происходит через красный огонь, т. е. появляется проблеск красного огня, что недопустимо, так как машинист, увидев непо­нятный сигнал, остановит поезд. Аналогичная ситуация создается и при обратной смене сигнала — с зеленого на желтый.

Исключить этот недостаток схемным способом замедления на отпускание (например, с помощью конденсаторов) не пред­ставляется возможным, так как при смене полярности тока прохож­дение его через нулевое значение неизбежно.

Для устранения указанного недостатка в схему управле­ния огнями светофора включается не контакт нейтрального яко­ря линейного комбинированного реле, а контакт его повтори­теля ПЛ (рис. 2.8, б). Последний имеет замедление на отпуска­ние якоря и при кратковременном отпускании нейтрального якоря реле Л удерживает якорь притянутым и проблеска красного огня не происходит.

Комбинированные реле в части работы нейтрального якоря и связанных с ним контактов отвечают требованиям, предъявляе­мым к реле I класса надежности. Правильную работу контактов поляризованного якоря необходимо проверять схемным путем, так как в части работы поляризованного якоря комбинированные реле не отвечают требованиям реле I класса надежности.

Реле переменного тока

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики применяют реле переменного тока: двухэлементные секторные реле ДСШ, используемые в основном в качестве путевых реле. Для контроля целостности нитей светофорных ламп применяют нейтральные реле постоянного тока с выпрямителями ОМШ, для переключения питания устройств на резервный источник предназначены аварийные реле АОШ, АПШ и АСШ.

Двухэлементные штепсельные реле переменного тока ДСШ широко применяют как путевые реле в рельсовых цепях переменного тока 50 и 25 Гц. В метрополитенах применяют реле ДСШ-2 в качестве путевых и линейных реле. Реле ДСШ I класса надежности являются индукционными, работающими только от переменного тока.

Принцип действия двухэлементного реле основан на взаимодействии переменного магнитного потока одного элемента с током, индуцируемым в секторе переменным магнитным потоком другого элемента. В соответствии с законом электромагнитной индукции на проводник с током (сектор), помещенный в магнитное поле, действует сила, приводящая его в движение. Сектор реле поворачивается и переключает контакты. Сила, действующая на сектор, пропорциональна произведению токов местного и путе­вого элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними.

Электромагнитная система реле ДСШ (рис. 2.9, а) имеет два элемента — местный и путевой. Местный элемент состоит из сердечника 1 и катушки 2. На сердечнике путевого элемента 3 помещена катушка 4. Между полюсами сердечников расположен алюминиевый сектор 5. Ток, проходящий по местной обмотке, образует совпадающий с ним по фазе магнитный поток Ф_М, который индуцирует в секторе токи i_М , отстающие по фазе от потока Ф_М на угол 90° (рис. 2.9, б). Под действием тока путевого элемента возникает магнитный поток Ф_П, индуцирующий в секторе токи i_П.

Взаимодействие индуцированных токов i_М с магнитным потоком Ф_П создает вращающий момент M1, а токов i_Мс магнитным потоком Ф_М — вращающий момент М2. Под действием суммарного вращающего момента
М = М2 М1 сектор перемещается вверх и замыкает фронтовые контакты. При выключении тока в путевой или местной обмотке сектор возвращается в исходное положение (вниз) под действием собственного веса. Поворот сектора ограничивается сверху и снизу роликами, которые для смягчения ударов могут перемещаться в направляющих их держателях.

Положительный вращающий момент и движение сектора вверх возможны только при определенном соотношении фаз между токами (напряжениями) путевого и местного элементов. Так как магнитные потоки Ф_П и Ф_м и индуцируемые ими в секторе токи i_Пи i_М пропорциональны токам путевого и местного элементов, вращающий момент пропорционален произведению токов путевого и местного элементов и зависит от угла сдвига фаз между ними:

M = I_П I _M sin (φ),

где φ — угол сдвига фаз I_П и I _M.

Наибольший вращающий момент реализуется при угле сдвига фаз между токами путевого и местного элементов, равном 90°.

Таким образом, токи и совпадающие с ними потоки путевого и местного элементов должны быть сдвинуты на угол 90°. Если бы катушки и сердечники путевого и местного элементов были одинаковы, то и опережающие ток напряжения U_Пи U_Мтакже были бы сдвинуты между собой на угол 90°. Однако из-за некоторого отличия характеристик катушек и сердечников путевого и местного элементов U_Мопережает по фазе I_М на 72°, a U_Попережает по фазе I_П на 65°. Поэтому напряжения U_Mи U_П сдвинуты по фазе не на 90°, а на 97°.

Рис. 2.9. Принципиальная схема реле ДСШ

Рис.2.10. Векторная диаграмма реле ДСШ

Практически для индукционных реле ДСШ обычно задается такой угол сдвига фаз между напряжением местного элемента и током путевого элемента, при котором реализуется максимальный вращаю­щий момент.

Для реле ДСШ при частотах сигнального тока 50 и 25 Гц для реализации максимального вращающего момента необходимо, чтобы напряжение местной обмотки опережало ток путевой обмотки на угол (162±5)°. Этот угол называется идеальным углом сдвига фаз. Напомним, что угол сдвига фаз между токами и магнитными потоками путевого и местного элементом составляет при этом 90°.

Идеальные фазовые соотношения характеризуются следующими углами сдвига фаз (рис. 2.10): 90⁰ между токами и магнитными потоками путевого и местного элементов; 162° между током путевого и напряжением местного элементов; 97° между напряжениями путевого и местного элементов.

Если фазовые соотношения отличаются от идеальных, то для обеспечения работы реле и получения необходимого вращающего момен­та требуется увеличить напряжение U_Пна обмотке путевого элемента до величины:

,

где φ_И и φ_Д — идеальный и действительный фазовые углы.

Приведенная формула верна при φ_И>φ_Д и φ_И<φ_Д, так как функ­ция сos.φ одинакова при положительном и отрицательном углах.

Практически в условиях эксплуатации угол расстройки не должен превышать 25—30°. При отклонении угла расстройки на ±30° вращающий момент изменяется незначительно. Так как cos.30°=0,867, то требуется увеличение напряжения на путевой обмотке на 13—14% по сравнению со случаем идеальных фазовых соотношений. При дальнейшей расстройке функции соs(φ_И – φ_Д) изменяется более резко, рельсовая цепь работает неустойчиво, так как дальнейшие незначительные возрастания расстройки приводят к заметному снижению вращающего момента и силы подъема сектора. При расстройке 60° требуется увеличить напряжение на путевой обмотке в два раза.

Трансмиттеры

Маятниковый трансмиттер МТ-1 применяют для импульсного питания рельсовых цепей постоянного тока. Он вырабатывает импульсы тока с интервалами между ними: длительность импульсов и интервалов одинакова и равна 0,3 с.

Основными частями маятникового трансмиттера (рис. 2.11) являются электромагнитная система, ось с шайбами и маятником и контактная система. Электромагнитная система состоит из двух сердечников 1 с полюсными наконечниками, между которыми помещен якорь 2. На ось якоря насажены маятник 3 и гетинаксовые шайбы 4, 5 и 6, которые переключают контакты. На сердечники помещены катушки К1 и К2. Якорь насажен на ось так, чтобы в спокойном положении маятника ось якоря не совпадала с магнитной осью M1 и М2. В этом положении кулачковой шайбой 4 замкнут управляющий контакт УК. При включении тока якорь 2 под действием магнитного поля поворачивается против часовой стрелки, стремясь занять положение по оси М1-М2. Вместе с якорем поворачиваются маятник и кулачковые шайбы 4, 5 и 6. Управляющий контакт при этом размыкается и размыкает цепь питания обмоток. Маятник по инерции продолжает замедленное движение за счет запасенной кинетической энергии, затем под действием силы тяжести маятник вместе с осью и якорем начинает движение в обратном направлении. Проходя исходное (среднее) положение, шайба 4 замыкает контакт УК, включая обмотку. Однако маятник по инерции еще продолжает движение, затем движение возобновляется против часовой стрелки.

При прохождении якоря через среднее положение снова замыка­ются контакты УК, и обмотки включаются. Якорь вместе с маятни­ком получают дополнительное усилие. Таким образом, за счет энергии источника питания при каждом прохождении среднего по­ложения маятник получает дополнительное ускоряющее усилие, устанавливаются незатухающие автоматические колебания. Транс­миттер МТ-1 совершает 95—115 колебаний в минуту. С такой же частотой замыкаются и размыкаются контакты 31-32 и 41-42. Через эти контакты в рельсовую цепь передаются импульсы тока. Трансмиттер МТ-2 имеет аналогичное устройство и отличается длительностью вырабатываемых импульсов и интервалов. Он совер­шает 40 2 колебаний в минуту, его контакт 31-32 замкнут и разом­кнут в течение (0,75 0,1) с, а контакт 41-42 замкнут в течение (1 0,05) с, а разомкнут в течение (0,5 0,1) с. В положении покоя контакт 41-42 замкнут, а контакт 31-32 разомкнут. Трансмиттер МТ-2 применяют в схемах включения светофоров для обеспечения мигающего режима горения ламп. Маятниковые трансмиттеры рассчитаны для работы от источников постоянного тока напряже­нием 12 и 24 В.

Рис. 2.11. Принципиальная схема маятникового трансмиттера МТ-1

Кодовые путевые трансмиттеры переменного тока КПТШ служат для образования кодовых сигналов, используемых в системах число­вой кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигна­лизации.

Трансмиттеры КПТШ-515 и КПТШ-715 используют в системе число­вой кодовой автоблокировки и АЛСН переменного тока 50 Гц, КПТШ-815 и КПТШ-915 — при частоте сигнального тока 75 Гц. Про­должительность кодового цикла у трансмиттеров КПТШ-515 и КПТШ 815 составляет 1,6 с, а у трансмиттеров КПТШ-715 и КПТШ-915 — 1,86 с.

Основными частями трансмиттера являются однофаз­ный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, редуктор, кулачковые шайбы и контактная система. Статор имеет две обмотки, смещенные в пространстве на угол 90°. Параллельно одной из обмо­ток у трансмиттеров, работающих от переменного тока 50 Гц, включен конденсатор емкостью 6 мкФ для расщепления фазы (у трансмит­теров, работающих от тока частотой 75 Гц, для этой же цели включен конденсатор емкостью 2 мкФ последовательно с обмоткой).

Благодаря пространственному смещению обмоток и электрическо­му смещению тока в одной из них включением конденсатора при питании статора однофазным переменным током создается перемен­ное вращающееся магнитное поле, подобно вращающемуся магнит­ному полю трехфазных асинхронных двигателей. Переменное магнит­ное поле статора наводит ток в короткозамкнутом роторе. Взаимо­действие вращающегося магнитного поля статора с наведенным током ротора создает вращающий момент, и ротор (якорь) начинает вращаться. Частота его вращения при заданных параметрах дви­гателя пропорциональна частоте тока, питающего обмотки статора. При частоте питающего тока 50 Гц частота вращения якоря электро­двигателя равна 982 об/мин, а при частоте 75 Гц—1473 об/мин (в 1,5 раза выше). Во всех трансмиттерах применяют одинаковые электродвигатели.

Рис. 2.12. Контактная система трансмиттера КПТШ

При вращении якоря через редуктор приводятся во вращение кодовые кулачковые шайбы, связанные с контактами. Редуктор снижает частоту вращения до 30,8 или 36,5 об/мин в зависимости от типа трансмиттера. С такой частотой вращаются кодовые шайбы КЖ, Ж и 3, которые имеют различное число выступов, отличаю­щихся длиной, что обеспечивает различную продолжительность за­мыкания и размыкания контактов, связанных с шайбами КЖ, Ж и 3 (рис.2.12), укрепленными на одной общей оси. Каждая шайба вырабатывает определенный кодовый сигнал: КЖ — с одним, Ж — с двумя и 3 — с тремя импульсами в кодовом цикле. За один оборот шайбы КЖ вырабатывается два кодовых цикла, а шайб Ж и 3 — один. Кодовые шайбы расположены выступами так, что большие интервалы кодовых циклов КЖ, Ж и 3 совпадают (вернее, совпадают моменты их окончания, а начало не совпадает из-за их различной продолжи­тельности). Такое расположение шайб улучшает условия работы устройств автоматической локомотивной сигнализации при смене ко­довых сигналов в рельсах, например при движении поезда к путе­вому светофору, когда желтый огонь меняется на зеленый.

Рис. 2.13. Графики кодовых сигналов трансмиттеров КПТШ

Графики кодовых сигналов, вырабатываемых трансмиттерами различных типов, приведены на рис. 2.13.

Электродвигатель мощностью 16,5 Вт (при частоте 50 Гц) получа­ет питание от сети переменного тока напряжением 110 или 220 В.

Коэффициент полезного действия электродвигателя равен 0,3, cos.φ=l, потребляемый ток — 0,13 А при частоте питающего тока 50 Гц и 0,1 А при 75 Гц.

Каждая кодовая шайба (КЖ, Ж и 3) имеет две пары контактов на замыкание, выполненных из серебра или металлокерамического сплава. Контакты трансмиттера не рассчитаны на коммутирование больших мощностей, поэтому непосредственно в рельсовую цепь не включаются. Через контакты трансмиттера включаются трансмиттерные реле, через усиленные контакты которых мощные кодовые сиг­налы передаются в рельсы.

Полупроводниковые приборы

В устройствах железнодорожной автоматики применяются бесконтактные элементы: диоды, транзисторы, тринисторы, стабилитроны, микросхемы различной степени интеграции, в том числе и микропроцессоры.

Транзистор типа п-р-п(кремниевый) имеет те же три электрода (рис. 2.14, а), что и у германиевого транзистора. Для открытия транзистора на базу подается плюс, отчего протекает ток по пере­ходу база-эмиттер, а после открытия протекает ток по переходу коллектор-эмиттер. За счет падения напряжения в резисторе на­пряжение на выходе равно нулю.

Транзистор типа р-п-р(германиевый) имеет три вывода: эмиттер Э, коллектор К и базу Б (рис. 2.14, б). Транзистор работает в режиме переключения, находясь в двух состояниях: выход открыт (полное напряжение); выход закрыт (напряжение равно нулю). Для открытия транзистора на базу подается минусовый потенци­ал, отчего протекает ток по переходу эмиттер-база, а после откры­тия протекает ток по переходу эмиттер-коллектор. Для закрытия транзистора на базу подается плюс, отчего оба перехода и выход закрываются.

Стабилитрон

(рис. 2.14,

в)

используется для стабилизации на­пряжения. При заданном уровне напряжения

U₆

стабилитрон пробивается и пропускает ток в обратном направлении. Избыток напряжения

U₆

гасится в резисторе

R_б;

напряжение на нагрузке снимается с резистора

R_н.

При включении стабилитрона в прямом направлении он работает как обычный диод.

Тиристор (рис. 2.14, г) используется как управляемый диод. Нормально тиристор закрыт и ток от анода к катоду не проходит. Для открытия тиристора пропускается небольшой ток по управля­ющей цепи (управляющий электрод-катод). С момента открытия ток протекает по цепи анод-катод и после размыкания управля­ющей цепи. Закрытие тиристоров делается путем замыкания це­пи анод-катод, короткого замыкания между анодом-катодом, пе­реключения полярности анода с положительной на отрицательную.

Трансмиттерное бесконтактное реле (рис. 2.15) используется для передачи в рельсовую цепь импульсов кодового тока, которые вы­рабатывает трансмиттер КПТШ.

Реле состоит из двух тиристоров Т1 и Т2, контактного реле Р, повторяющего работу контакта КПТШ. Если замыкается контакт КПТШ, срабатывает реле Р и фронтовым контактом замыка­ет управляющие цепи тиристо­ров. При положительной поляр­ности замыкается управляющая цепь тиристора Т1: ПХ-220 — Д6 — R3 — фронтовой контакт Р — переход (У — К Т1) — фрон­товой контакт К — первичная об­мотка путевого трансформатора ПТ – ОХ-220. Затем открывается цепь Э-К, и тиристор пропускает положительную полуволну пере­менного тока в рельсовую цепь. При отрицательной полувол­не переменного тока тиристор Т1 закрывается, и образуется управ­ляющая цепь тиристора Т2: ОХ-220 — ПТ — К — Д5 — Р — R3 — (У —К Т2) — ПХ-220. Че­рез переход Э-К тиристор пропускает отрицательную полуволну переменного тока в рельсовую цепь.

2.15. Трансмиттерное бесконтактное реле

Симметричный триггер на транзисторах типаp-n-р (рис. 2.16) применяется как элемент релейного действия. Триггер со­стоит из двух транзисторов Т1 и Т2, связанных между собой через резисторы R_С1, R_С2, и имеет два устойчивых состояния: открыт транзистор Т2, закрыт транзи­стор Т1 (состояние 0), закрыт транзистор Т2, открыт транзи­стор Т1 (состояние 1). В состоя­ние 1 триггер переключается по входным цепям S, в состояние 0 — по цепям R.

При состоянии 0 открыт вы­ход , при состоянии 1 — вы­ход Q. Состояние триггера изме­няется путем подачи положитель­ных или отрицательных импуль­сов на входы x¹₁,x⁰₀,x⁰₁,x¹₀.

Переключение триггера из со­стояния 0 в состояние 1 произво­дится подачей на вход x¹₁отри­цательного импульса или на вход x¹₀положительного импульса. В первом случае сначала открыва­ется Т1, а затем закрывается Т2, и триггер переходит в состояние I; во втором случае сначала закрывается Т2, затем открывается Т1, и триггер также переходит в состояние I.

Рис. 2.16. Схема триггера

Триггер из состояния 1 в состояние 0 переключается подачей на вход x⁰₀ положительного импульса или на вход x⁰₁ — отрицательного.

Логические элементы. При построении логических схем уст­ройств автоматики выполняются заданные условия включения, переключения, отключения различных цепей. Эти условия опреде­ляются логическими зависимостями между отдельными элемента­ми, узлами, блоками автоматических устройств и называются ло­гическими зависимостями.

Выполнение логических зависимостей осуществляется с помо­щью логических элементов различных типов, определяющих ха­рактер зависимостей. Наиболее распространенными являются логические элементы типов И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

На рис. 2.17 с целью наглядности построение перечисленных элементов поясняется соединени­ем контактов реле, а также пока­зываются условные обозначения логических элементов.

Возбужденное состояние реле обозначается символом 1, обесто­ченное 0. Фронтовые контакты реле обозначают через х₁, х₂и т. д., а тыловые — через ₁, ₂и т. д.

Элемент И реализуется путем последовательного соединения фронтовых контактов х₁ и х₂, от­чего цепь замыкается только при условии, если х₁ = 1 и х₂ = 1. Следовательно, на выходе элемента И появление 1 будет только в том случае, когда на его двух входах будут 1.

Отсутствие 1 хотя бы на одном входе вызывает появление на вы­ходе 0. Операция И иначе называется логическим умножением и определяется произведением х₁ х₂.

Рис. 2.17. Логические элементы

Элемент ИЛИреализуется путем параллельного соединения контактов х₁ и х₂, отчего цепь образуется при условии замыкания хотя бы одного из контактов схемы. На выходе логического элемента ИЛИ появление 1 будет в случаях, когда на одном из его входов будет 1; появление 0 будет в случае, когда на всех входах будут 0. Операция ИЛИ иначе называется логическим сложением, имеющим отличный знак по сравнению со знаком арифметического сложения.

Элемент НЕпри подаче на вход значения 1 (0) обеспечивает появление на выходе обратного (инверсного) значения 0 (1). Логический элемент НЕ также называют инвертором.

Элемент И-НЕсочетает в себе элементы И и НЕ и обеспечивает при подаче на входы значений 1, на выходе значение 0. Контактная цепь с последовательным соединением фронтовых кон­тактов х₁ и х₂элементом И-НЕ преобразуется в свою противопо­ложность, т. е. в цепь с параллельным соединением тыловых контактов ₁ и₂.

Элемент ИЛИ-НЕ сочетает в себе элементы ИЛИ и НЕ и обес­печивает при подаче на входы значений 0, на выходе значение 1. Контактная цепь с параллельным соединением фронтовых контак­тов х₁ и х₂преобразуется в свою противоположность — в цепь с по­следовательным соединением тыловых контактов ₁ и₂.

Путем использования полупроводниковых приборов и логиче­ских элементов в системах телемеханического управления и конт­роля строятся распределители, регистры, шифраторы, дешифра­торы.

Распределитель Р(рис. 2.18, а) обеспечивает распределение по отдельным электрическим цепям серии импульсов, поданных на вход. Если на вход распределителя Р подаются импульсы 1—5, то с помощью счетной схемы, собранной на триггерах, эти импульсы в порядке последовательности распределяются по выходным це­пям распределителя.

Регистр РГ представляет собой устройство, служащее для запоминания импульсов, поступающих на его вход. Элементами запоминания являются триггеры с двумя устойчивыми состояниями 1 и 0.

Шифратор (рис. 2.18, б) является сложным узлом телемехани­ческой системы, с помощью которого шифруется кодовое сообще­ние и преобразуется в сигнал, передаваемый в канал связи. Для шифрации информация из источника сообщений ИС поступает в регистр РГ и запоминается.

Если в РГ хранится сообщение, при котором на его выходах 1—5, как показано на схеме, присутствуют сигналы 1 и 0, то на первом выходе Р на оба входа первого элемента И поступает 1 и на выходе элемента также появляется 1. Через элемент ИЛИ эта 1 подается в модулятор М, где преобразуется в частотный сигнал, который передается в канал связи.

Рис. 2.18. Распределители, регистры, шифраторы и дешифраторы

На втором выходе распределителя совпадение входов второго элемента И не получается и на его выходе сохраняется 0. При дальнейшей работе распределителя процесс шифрации протекает аналогично.

Дешифратор (рис. 2.18, в) также является сложным узлом телемеханической системы и обеспечивает дешифрацию (расшифровывание) принятого из канала частотного сигнала.

При поступлении из канала частотного сигнала на выходе демодулятора ДМ появляются сигналы 1 и 0. Сигнал 1 или 0 посту­пает на один вход элементов И, на другой вход поступает сигнал 1 от распределителя.

При поступлении на оба входа первого элемента И сигналов 1 на его выходе также появляется 1, которая передается в регистр РГ, где запоминается. При поступлении от демодулятора сигнала 0 очередной элемент И сохраняет на выходе 0 и в РГ сигнал не за­носится. Записанная в РГ информация хранится до поступления последнего импульса частотного сигнала, после чего реализуется.

Микропроцессорные средства

Технология изготовления интегральных элементов развивается по пути расширения функциональных возможностей схемы, заклю­чаемой в один корпус.

Появление первых процессоров ЭВМ, выполненных в виде интегральных схем (ИС), привело к буму микропроцессорной техники, а точнее, к широкому применению средств и методов вычислитель­ной техники в системах управления технологическими процессами, в том числе и на железнодорожном транспорте.

В настоящее время выпускается большое количество серий ИС, которые в сочетании с микропроцессорами (МП) позволяют созда­вать системы автоматизации любой сложности.

Поскольку в таких системах МП является ключевым элементом, рассмотрим подробнее его организацию исходя из его места в ЭВМ.

Ядром ЭВМ(рис. 2.19) является центральный процес­сор, осуществляющий арифметические и логические операции с данными, представляемыми в виде машинных слов, длиной от 4 до 64 бит. Слова организуются по байтам
(1 байт = 8 бит), хранятся в ре­гистрах памяти и в процессе преобразований пересылаются с одно­го регистра в другой.

Арифметическо-логический блок процессора осуществляет опе­рации сложения, перемещения, дополнения, сравнения, сдвига и т. д. со словами данных, хранящихся в регистрах и внутренней па­мяти машины. Программа, представляющая собой последова­тельность слов с командами и данными, хранится в памяти (внут­ренней или внешней) и под воздействием схемы управления реали­зуется в порядке записи.

Процессор также содержит регистр для записи признаков (флаж­ков) по переносу, знаку, нулевому результату, проверяемым при командах условного перехода, и стековый регистр, нужный для более удобной организации последовательности команд.

Внутренняя память ЭВМ необходима для оперативного хранения данных (оперативное запоминающее устройство) в про­цессе работы и постоянного хранения (постоянное запоминающее устройство) часто используемых программ и данных. Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) должно хранить, как минимум, про­грамму запуска машины при первоначальном включении питания, когда в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) и процес­соре еще ничего не записано.

Во время работы процессор отыскивает команды и данные, хранящиеся в ОЗУ, определяет их значение и со­вершает соответствующие действия. При выполнении текущей команды по ее содержанию процессор определяет задание для следующей операции.

Внешняя память ЭВМ необходима для хранения больших массивов информации.

Обычно во внешней памяти хранятся те данные, которые не нужны при данном расчете или не вмещаются в ОЗУ, так как об­ращение процессора к внешней памяти занимает очень много вре­мени по сравнению с ОЗУ.

Устройство ввода-вывода информации необходимо для общения с машиной внешних потребителей — людей и технических систем. Поэтому различают устройства, предназначенные для вво­да-вывода буквенно-цифровой и графической информации, ориенти­рованной на человека, и устройства взаимосвязи со средствами автоматизации технологических процессов. В последнем случае организуется взаимодействие ЭВМ и средств автоматики на основе обмена цифровой информацией в режиме реального времени. Это означает, что процессы преобразования, передачи и восприятия информации о событиях не должны быть заметны для хода управляемого производственного процесса.

Шина данных является средством связи между всеми состав­ными частями ЭВМ. По ней осуществляется передача слов, причем в любой момент времени с шиной работают только два устройства: одно — передает, другое — принимает.

Шина состоит из группы информационных линий (обычно по числу разрядов машинного слова), группы адресных линий и груп­пы управляющих линий. Информационные линии обычно являются двунаправленными, по ним передаются данные в любом направле­нии. Однако в каждый момент времени данные могут передаваться только в одном установленном направлении.

Группа адресных линий (адресная шина) предназначена для выбора и подключения к шине данных устройства, с которым будет взаимодействовать процессор. Группа управляющих линий (шина управления) предназначена для задания процессором режима ра­боты машины по выполнению текущей операции (передача или прием данных в процессор, прерывание, прямой доступ в память и т. д.).

Успехи в производстве микросхем привели к созданию мини и микроЭВМ, по содержанию мало чем отличающихся от рассмот­ренной структуры ЭВМ.

Под мини-ЭВМ обычно понимают малую вычислительную ма­шину, центральный процессор которой выполнен на ИС средней и большой степени интеграции и размещен на одной или нескольких платах.

МикроЭВМ представляет собой вычислительную машину, у ко­торой процессор выполнен на одной или нескольких ИС большой степени интеграции (микропроцессор) и размещается вместе с ИС внутренней памяти (ОЗУ и ПЗУ) на одной-двух платах. Вычисли­тельные возможности мини-ЭВМ и микропроцессоров (МП) в зна­чительной степени совпадают, поэтому свойства системы больше зависят от состава внешних устройств.

МикроЭВМ характеризуется высокой скоростью выполнения команд, сравнительно малыми емкостями ОЗУ и ПЗУ, небольшой длиной обрабатываемых слов (до 16 разрядов), малым числом внешних устройств, селекторным режимом обмена с внешними уст­ройствами, небольшими размерами и потребляемой мощностью. Поскольку микроЭВМ обладает высокой производительностью, но слаборазвитым интерфейсом (системой связи) с внешними устрой­ствами, то стремятся в приборах, устройствах и системах встраи­вать МП непосредственно в места, где необходима обработка ин­формации.

Чаще всего такие функционально законченные и конструктивно оформленные изделия, содержащие микропроцессор, модули памя­ти и устройства сопряжения с конкретным технологическим обору­дованием для выполнения определенных программ управления, на­зывают микроконтроллерами.

Программируемость и многофункциональность МП позволяют по-новому подходить к разработке любых средств автоматизации. Традиционная жесткая логика систем (аппаратная реализация) це­лесообразна только в случаях автоматизации небольшого числа простых по содержанию операций, выполнение которых должно происходить с высокой скоростью и надежностью.

Процессор является центральным устройством любой ЭВМ, от которого зависит ее производительность. Типовой процессор (рис. 2.20) содержит набор регистров для оперативного хранения данных (операнды), над которыми производятся операции, систему коммутаторов для направленного перемещения данных, сумматор с блоком формирования дополнения для выполнения арифметиче­ских операций (арифметическо-логическое устройство) и устройст­во управления, координирующее работу функциональных блоков процессора в соответствии с содержанием очередной команды про­граммы. Программа работы записана в память машины и содер­жит все указания по управлению процессором.

Управляющее устройство микропроцессора КР580ИК80А (рис. 2.21), которое состоит из регистра команд, де­шифратора команд и схем управления. Регистр команд служит для приема кода операции текущей команды из памяти микропро­цессорной системы и его хранения в течение выполнения команды. Дешифратор команд расшифровывает код операции и коммутирует схемы управления для выполнения команды.

Арифметическо-логическое устройство (АЛУ) состоит из ре­гистра временного хранения информации, регистра аккумулятора, кодопреобразователя, комбинационного АЛУ, аккумулятора, вен­тилей, регистра признаков и схемы десятичной коррекции.

Регистр временного хранения и регистр аккумулятора предназ­начены для приема и хранения двух восьмибитных слов перед их передачей в комбинационное АЛУ преобразования. Эти регистры являются также вспомогательными при выполнении межрегистровых передач.

Кодопреобразователь служит для передачи содержимого реги­стра RG1 в комбинационное АЛУ в прямом или обратном коде в зависимости от команды. Комбинационное АЛУ предназначено для выполнения операций сложения и вычитания, логических операций и сдвига данных. Оно производит параллельное преобразование двух восьмибитных слов из регистров RG1 и RG2.

Аккумулятор служит для приема и хранения результатов опе­рации, выполненной комбинационным АЛУ. Через вентили содер­жимое аккумулятора может быть передано в регистр аккумулятора или на внутреннюю шину данных.

Регистр признаков предназначен для запоминания особенностей результата операции, выполненной комбинационным АЛУ, и для выбора направления продолжения программы. Используются пять признаков: перенос, нуль, знак, четность, вспомогательный перенос.

Схема десятичной коррекции позволяет комбинационному АЛУ при необходимости выполнять операции по правилам десятичной двоично-кодированной арифметики.

Блок регистров включает шесть (В, С, D, E, H, L) восьмираз­рядных регистров общего назначения, два (W, Z) восьмиразряд­ных регистра временного хранения, 16-разрядный регистр — указатель стека, 16-разрядный счетчик команд, 16-разрядный ре­гистр адреса, схему инкремента-декремента, два восьмиразрядных мультиплексора 1 и 2 и 16-разрядный мультиплексор 3.

Регистры В, С, D, Е, Н и L предназначены для хранения опе­рандов или 16-разрядных адресов операндов. Они могут загружать­ся данными из памяти или из других регистров. Благодаря укоро­ченному адресу регистров общего назначения операции с ними вы­полняются быстро, поэтому их называют сверхоперативной памятью МП. Регистры W и Z используются при выполнении команд для временного хранения слов.

Счетчик команд предназначен для хранения адреса ячейки па­мяти, в которой находится очередная команда. При каждом обра­щении к программной памяти содержимое счетчика без участия АЛУ увеличивается на единицу (инкрементируется). После этого счетчик указывает следующий адрес ячейки памяти, где хранится очередная команда.

Указатель стека служит для приема, хранения и выдачи адреса вершины стека, т. е. последней занятой ячейки внешней памяти, где после прерывания временно хранится информация из регистров данных, аккумулятора и регистра признаков.

В указатель стека автоматически добавляется единица (инкре­ментируется) при выдаче байта данных и вычитается (декрементируется) при вводе.

Регистр адреса предназначен для приема, хранения и выдачи адреса ячейки памяти в течение времени, достаточного для деко­дирования. Из регистра адрес выдается на буфер шины адреса и в схему инкремента-декремента, которая представляет собой комбинационную схему, увеличивающую или уменьшающую содержимое регистра адреса по сигналам управления.

Буфер шины адреса служит для повышения нагрузочной спо­собности шины адреса и имеет три состояния. Буфер шины данных предназначен для повышения нагрузочной способности шины дан­ных и обеспечивает передачу данных в МП или из него.

Мультиплексоры 1 и 2 служат для передачи информации меж­ду внутренней шиной данных и регистрами, а мультиплексор 3 — для передачи информации из блока регистров в регистр адреса. Схема выборки регистра представляет собой дешифратор кода команды, определяющей регистр для выполнения данной команды.

Все виды взаимодействия МП с любыми внешними устройства­ми происходят по трем шинам — адреса, данных и управления. Логическое состояние этих шин полностью определяет состояние вычислительной системы в любой момент времени.

Адресная шина (обычно 16 линий АО—А15) используется для выдачи из МП сигналов для выбора и электрического подключения внешнего устройства микропроцессорной системы. Шина данных (не менее восьми линий ДО—Д7) предназначена для двусторон­него обмена информацией между МП и выбранным внешним уст­ройством. Шина управления (не менее четырех линий) обеспечи­вает процессы соединения и переноса информации между МП и внешними устройствами.

Указанные шины выполняют четыре основные функции, доста­точные для взаимодействия МП с любым внешним устройством: запись данных в память системы; считывание данных из памяти системы; запись данных в устройство ввода-вывода; считывание данных с устройства ввода-вывода. Каждая из этих функций реа­лизуется в три этапа: обеспечение на адресной шине стабильных уровней сигналов выбора устройства; стабилизация уровней сигна­лов на шине данных в соответствии с передаваемой информацией; активизация шины управления для выполнения нужной функции. Для работы микропроцессорной системы, кроме рассмотренных четырех функций, обязательна еще одна — выполнение операций с содержимым внутренних регистров.

Выполнение любой команды происходит в такой последователь­ности: микропроцессор указывает адрес, по которому в памяти хра­нится код операции команды; код операции вводится в МП, кото­рый дешифрирует команду и выполняет одну из пяти основных функций в соответствии с результатами дешифрации команды.

Взаимодействие МП с внешними устройствами предполагает определенную совокупность программных, аппаратных и конструк­тивных средств, составляющих так называемый интерфейс. Строго говоря, каждое устройство и модуль системы имеют свой интер­фейс, но по функциональному назначению можно выделить: внутри машинный интерфейс для организации взаимодействия модулей МП; интерфейс для подключения внешних периферийных устройств; системный интерфейс для взаимодействия многих микропроцессо­ров в сложной (мультимикропроцессорной) системе.

Внутри машинный интерфейс чаще всего выполняют в виде ма­гистрали для параллельного способа передачи информации между модулями в асинхронном мультиплексном режиме, т. е. в любой момент времени организуется связь между двумя абонентами в од­ном направлении.

Магистральный принцип является основным и для интерфейса периферийных устройств микропроцессорной системы, однако ис­пользование общих шин не вызывает затруднений только в том случае, если все объединяемые устройства находятся в непосредст­венной близости друг от друга. Так, параллельный интерфейс (многопроводный магистральный канал общего пользования) не может превышать 20 м, а общее число подключаемых устройств не может быть более 15.

При больших расстояниях между МП и периферийными устрой­ствами стремятся к использованию однопроводных линий с после­довательным способом передачи информации. Такие интерфейсы (RS-422) позволяют иметь периферийные устройства на расстоя­нии до 1200 м.

С устройствами, описанными в разделе 2.1, можно ознакомиться по [2, 3, 4].

Контрольные вопросы и задания

Контрольные вопросы

1. Пояснить принцип действия электромагнитных реле.

2. Чем отличаются реле первого класса надежности о других реле?

3. Классифицировать реле по принципу действия, по роду питающего тока, по времени срабатывания.

4. Что такое ток срабатывания, ток отпускания, коэффициент возврата?

5. Маркировка реле применяемых в устройствах автоматики и телемеханики.

6. Условные графические обозначения реле первого, второго и третьего класса надежности.

7. Конструкция нейтральных реле.

8. Конструкция поляризованных и импульсных реле.

9. Конструкция комбинированных реле.

10. Конструкция реле переменного тока.

11. Конструкция трансмиттера и графики кодовых сигналов.

12. Объясните принцип действия полупроводниковых приборов, бесконтактного трансмиттерного реле и триггера.

13. Назовите основные логические элементы и их функции.

14. Дайте определение понятиям: распределители, регистры, шифраторы, дешифраторы и выполняемые функции.

15. Пояснить работу структурной схемы микропроцессора.

Задание

1. Составить временную диаграмму работы пульс-пары, схема которой приведена в приложении 1.

2. Запустить программу 2 (см. приложение 7) и проследить за действием кодово-путевого трансмиттера.

На станциях и перегонах применяются линзовые светофоры – мачтовые, карликовые, на мостиках и консолях. Для светофоров используют железобетонные и металлические мачты. Металлические мачты устанавливают при недостаточной ширине междупутий или недостаточной длине железобетонных мачт.

Мачтовые светофоры устанавливают на перегонах и главных путях станций, а также на боковых путях станций при безостановочном пропуске по ним поездов. Использование мачтовых светофоров на станциях ограничено, так как они сокращают полезную длину приемо-отправочных путей и увеличивают стоимость строительства. В этих случаях применяются карликовые светофоры.

На мостиках (реже на консолях) светофоры устанавливают в тех случаях, когда по условиям габарита приближения строений нельзя установить мачтовый светофор (например, на многопутных линиях, на участках двухпутной двусторонней АБ и др.).

Светофорные головки подвешиваются на мачтах светофоров с помощью типовых кронштейнов и гарнитур. В нижней части мачты на гарнитуре в необходимых случаях устанавливаются трансформаторные ящики, кабельные муфты, маневровые щитки местного управления и телефон.

Светофор с железобетонной мачтой (рис. 2.22) содержит бронированный шланг 1, верхний 2 и нижний 3 кронштейны, светофорные двузначные головки 4, световой указатель 5, лестницу 6, железобетонную мачту 7, трансформаторный ящик с гарнитурой 8, кабельную муфту 9.

Светофоры, как правило, необходимо устанавливать с правой стороны по направлению движения поездов или над осью пути следования. Места установки должны выбираться так, чтобы подаваемые светофорами сигналы машинист не мог принять за сигналы, относящиеся к смежным путям.

Светофоры устанавливаются с соблюдением габарита приближения строений. При этом расстояние от оси пути до выступающих частей светофоров на перегонах и крайних путях станций должно быть не менее 3100 мм. В особо трудных условиях это расстояние с разрешения соответствующего министерства или ведомства, в ведении которого находятся железнодорожные пути, может быть уменьшено до 2750 мм на перегонах и до 2450 мм на станциях.

Мачтовые светофоры, устанавливаемые у остальных (не крайних) дистанционных путей, должны располагаться от оси пути на расстоянии не менее 2450 мм, карликовые светофоры – не менее 1920 мм.

Минимальное расстояние от уровня головки рельсов до центра нижней линзы светофора на перегоне должно быть не менее 4190мм у светофоров с железобетонной мачтой и 4510 мм – с металлической мачтой. На станциях эти расстояния увеличены.

Рис. 2.22. Оснастка светофоров

По условиям габарита светофоры могут устанавливаться в междупутьях шириной: 5200 мм – светофоры на железобетонной или металлической мачте с наклонной лестницей; 5040 мм – светофоры на металлической мачте без лестницы или со складной лестницей; 4500 мм – светофоры сдвоенные карликовые; 4200 мм – светофоры одиночные карликовые.

Светофор каждого типа имеет определенный номер чертежа и номенклатурный код. Номер чертежа определяет конструкцию, а код – оптическую систему, способ установки, значность, расцветку и дополнительную оснастку.

Номенклатурный код светофора состоит из двух частей. Левая часть шифра может содержать следующие буквы: ЛЦ – линзовый светофор на железобетонной центрифугированной мачте; Л – то же на металлической мачте; ЛМ – то же на мостике или консоли; КЛ – карликовый линзовый светофор; Я – трансформаторный ящик.

Правая часть номенклатурного шифра определяет значность, расцветку и дополнительную оснастку светофора: первая цифра – значность светофора, последующие цифры – расцветка светофора (для данной значности и конструкции); С – указатель скорости; П – пригласительный сигнал; М – маневровый сигнал (устанавливаемый на обратной стороне светофора); УБ – маршрутный указатель с белыми линзами; УЗ – то же с зелеными линзами; УП – маршрутный указатель положения; Т – условно-разрешающий сигнал с отражателями; Р – условно-разрешающий сигнал с синим огнем. Для светофоров четырехзначной сигнализации после цифры расцветки добавляется буква А.

Так, обозначение Л-44АСПМУБ будет расшифровываться так: линзовый светофор на металлической мачте, четырехзначный, 44-й расцветки с указателем скорости, пригласительным и маневровым сигналами и маршрутным указателем с белыми (бесцветными) линзами.

Основным элементом оптики линзового светофора является линзовый комплект (рис. 2.23), в корпусе 5 которого на определенных расстояниях установлены цветная линза 1 (красный, зеленый или желтый светофильтры) диаметром 139 мм и бесцветная ступенчатая линза 3 диаметром 212 мм (тип ЛСМ). В комплекте линз карликовых линзовых светофоров в качестве наружной берется бесцветная ступенчатая линза уменьшенного диаметра (до 160 мм).

Рис. 2.23. Линзовый комплект

Плоскости прилегания линз и корпуса линзового комплекта к кожуху светофорной головки должны быть ровными и параллельными. Для обеспечения в комплекте заданного взаимного расположения бесцветную и цветную линзы монтируют в чугунной оправе. При этом необходимо обеспечить соосность наружной и внутренней линз и строго нормированное расстояние между ними. Для вентиляции в корпусах линзовых комплектов имеются отверстия 2, закрытые мелкой медной сеткой. От посторонних подсветок комплект предохраняется козырьком 4.

Каждый линзовый комплект на заводе подвергается фокусировке. При сборке и фокусировке ламподержатель 8 наглухо закрепляется на штыре 6 заливкой штыревых отверстий 9 специальным сплавом. Питающие провода подключаются к зажимам 7. В собранном линзовом комплекте ставят метку на цветной линзе и корпусе вверху по оси. Метка ставится на случай разборки комплекта и служит указателем для правильной сборки.

При установке в линзовом комплекте рассеивающего стекла оно плотно зажимается кольцом, дополнительно закрепленным винтами на корпусе головки.

К корпусу головки светофора прикрепляется щит, окрашенный черной краской для создания контрастного фона сигнальным огням. Ось мачты светофора должна быть прямолинейной (не более 10 мм отклонения для наиболее длинных труб). Для возможности регулирования положения головок в двух плоскостях на кронштейнах имеются специальные устройства.

Конструкция головок карликовых линзовых светофоров тождественна конструкции головок мачтовых светофоров, но они отклонены на 5° для поднятия светового пучка вверх.

Видимость сигналов светофоров с определенных мест может быть обеспечена при соответствующей наводке и закреплении светофорных головок. На прямых участках пути ориентир для наводки сигналов выбирается на расстоянии 1000 м от светофора. В качестве ориентира можно использовать опору контактной сети или другой подходящий предмет (например, щит площадью около 1 м²), устанавливаемый на расстоянии 1,8-8,5 м от головки крайнего рельса и высоте над ним 2,5-3,5 м.

При наводке сигналов на кривых место для ориентира выбирается в соответствии с минимальной дальностью видимости сигнала светофора при установленном на нем рассеивателе.

Наводка линзового светофора осуществляется при помощи съемной визирной трубки, укрепляемой на корпусе головки.

В процессе эксплуатации оптическая система загрязняется (особенно наружная поверхность линз), что приводит к существенному снижению дальности видимости сигнальных огней. Поэтому необходимо регулярно удалять загрязнения с линз.

Исходные данные. При расстановке светофоров автоблокировки в качестве исходных данных принимают расчетный межпоездной интервал и весовые нормы грузовых поездов. На магистральных участках при трехзначной сигнализации расчетным является грузовой поезд максимальной массы, на пригородных участках при трех- и четырехзначной сигнализации – пригородный поезд, с меньшей массой и скоростью по сравнению с поездами дальнего следования. Расчетные длины грузового поезда на магистральных линиях при трехзначной сигнализации 850, 1050 и 1250 м. За наибольшие установленные скорости пропуска поездов принимают: пассажирских 140 км/ч, грузовых – 90 км/ч. Длина каждого блок-участка должна быть не менее тормозного пути, определенного для данного места пути при полном служебном торможении и максимально реализуемой скорости (но не более 120 км/ч для пассажирского и 80 км/ч для грузового поезда), но должна быть не меньше тормозного пути при экстренном торможении с указанных скоростей (120 и 80 км/ч) с учетом времени, необходимого для воздействия устройств автоматической локомотивной сигнализации и автостопа на тормозную систему поезда. Максимальная длина блок-участка не должна превышать 2600 м, длина предвходных блок-участков должна быть не более 1500 м, минимальная длина блок-участка – не менее 1000 м. Должны быть обеспечены максимально возможная видимость сигналов по условиям расстановки светофоров и совмещение (спаривание) светофоров в противоположных направлениях для удешевления строительства и лучшего обслуживания автоблокировки.

При совмещении светофоров допускается отклонение интервала попутного следования от расчетного значения в пределах ±1 мин на магистральных участках и – 0,5 мин на участках пригородного движения.

Применяют два способа расстановки светофоров по кривой скорости с нанесением засечек времени и по кривой времени, построенной для хвоста первого и головы второго поезда. Первый способ, как более простой, получил наибольшее применение. Второй способ более трудоемкий, его применяют, в частности, при расстановке светофоров на пригородных участках.

Чтобы построить кривые скорости или времени, проводят тяговые расчеты, используя при этом уравнение движения поезда. По расчетным данным находят скорости движения поезда на разных элементах профиля пути, время хода по перегону, определяют условия и результаты торможения.

Кривую скорости для перегона строят с указанием профиля пути и длины каждого элемента профиля. Кроме этого, показывают план пути перегона, разделенный по километрам, с указанием кривых участков пути.

Пользуясь кривой скорости, расстанавливают светофоры автоблокировки. При расстановке учитывают, что светофоры необходимо устанавливать на прямых участках пути или в начале кривых участков. В случае установки светофоров в кривой выбирают место его установки из условия лучшей видимости сигнальных показаний. При наличии выемок светофоры устанавливают с таким расчетом, чтобы выемки не ухудшали видимость сигналов. При наличии тоннелей и больших мостов светофоры, как правило, располагают перед искусственным сооружением или за ним на расстоянии не менее максимальной длины поезда. На пригородных участках светофоры устанавливают за платформами по ходу поезда для удобства посадки и высадки пассажиров в случае остановки поезда у закрытого светофора. При необходимости установки светофоров на тяжелом профиле пути их снабжают условно-разрешающими сигналами.

Перечень перегонов и проходных светофоров с условно-разрешающими сигналами, а также массу грузовых поездов, при которых допускается проследование этих сигналов, устанавливает начальник дороги.

После расстановки светофоров их нумеруют. Все светофоры нечетного направления данного перегона, начиная со станции приема, нумеруют нечетными возрастающими цифрами 1, 3, 5 и т.д.; в четном направлении со стороны станции приема – четными возрастающими цифрами 2, 4, 6 и т.д. Такая нумерация дает возможность машинисту поезда по мере убывания номеров светофоров ориентироваться о приближении поезда к станции и принимать своевременные меры по торможению поезда.

Расстановка светофоров по кривой скорости. При расстановке светофоров для определения времени расчетного межпоездного интервала наносят засечки времени на кривой скорости. Засечки наносят с помощью вспомогательного треугольника времени (рис. 2.24, а). Высота треугольника соответствует значению расчетной скорости, а основание – длине пути. Размеры основания и высоту треугольника подбирают так, чтобы раствор угла треугольника в принятых масштабах представлял время, равное 1 мин. Для более точного расчета времени раствор угла треугольника принимают 0,5–0,25 мин. Свойство треугольника таково, что если его наложить на кривую скорости, как это показано на рис.2.24, б, пересекающую в точках а, б или в, г боковые стороны треугольника, и спроецировать эти точки на основание треугольника, то полученные отрезки а‘, в‘ или г‘, б‘ будут представлять собой путь, пройденный поездом за 1 мин.

Для отсчета долей минуты основание треугольника делят на 10 равных частей и полученные точки соединяют с вершиной треугольника.

В качестве примера на рис. 2.24, в показан порядок нанесения на кривую скорости засечек времени, начиная с первой минуты. Треугольник основанием вверх располагают строго параллельно оси пути так, что его вершина О совмещается с началом кривой скорости. Полученная при пересечении стороны ОБ треугольника с кривой скорости точка 1 дает засечку первой минуты движения поезда. Затем треугольник передвигают вправо так, чтобы его сторона ОА совместилась с засечкой 1 первой минуты. Тогда на пересечении стороны О’ Б’ с кривой скорости получают засечку 2 второй минуты. Передвигая аналогичным порядком треугольник, наносят минутные засечки времени на кривой скорости по всему перегону.

Порядок расстановки светофоров трехзначной автоблокировки по засечкам времени на кривой скорости при заданном межпоездном интервале 8 мин и расчетной длине поезда l_п = 850 м показан на рис. 2.25.

Рис. 2.24. Нанесение засечек времени с помощью треугольника

Рис. 2.25. Расстановка светофоров по кривой скорости

Первоначально расстанавливают светофоры первой серии. Передвигая треугольник вправо по кривой скорости и нанося засечки времени, отсчитывают 8 мин и находят точку а, соответствующую центру поезда № 1. Через данную точку проводят линию, перпендикулярную линии пути, и от нее откладывают влево половину длины поезда, чтобы определить положение хвоста поезда и место установки светофора 5 серии I. Для определения места установки второго светофора серии I необходимо иметь в виду, что когда поезд №1 удалится от светофора 5 через 8 мин, перед этим светофором будет находиться голова поезда № 2.

Так как центры поездов смещены один от другого на 8 мин, то, прежде всего, находят центр поезда № 2. Для этого от оси светофора 5 откладывают влево половину поезда l_п/2 и по кривой скорости находят точку в (6, 8 мин). От этой точки, передвигая треугольник вправо, отсчитывают 8 мин и находят точку, в которой будет находиться центр поезда № 1 в момент нахождения поезда № 2 перед светофором 5. Проецируя найденную точку на линию пути и откладывая влево l_п/2, находят место установки второго светофора серии I. На рис. 2.25 второй светофор серии I не показан, так как место его размещения находится на следующем перегоне. Дальнейшее определение мест установки светофоров серии I производится аналогично.

Так как поезда всегда должны быть разграничены тремя блок-участками, то между выходными светофорами станции и первым светофором серии I, а также между светофорами серии I должны быть установлены светофоры серий II и III. Для установки первых светофоров серий II и III время хода поезда от выходного светофора до первого светофора серии I делят на три равные части. Тогда точки раздела будут месторасположения первых светофоров серий II и III.

В рассматриваемом случае выходной светофор стоит на ординате, соответствующей засечке времени 1,7 мин (точка е), а первый светофор серии I – на ординате 7,5 мин. Время хода поезда от выходного светофора до светофора 5 составляет 7,5 – 1,7 = 5,8 мин. Разделив 5,8 на 3, получают интервал времени между светофорами серий I и II, равный 1,9 мин. Вычитая полученный интервал 1,9 из ординаты 7,5, получают ординату точки г, равную 5,6 мин, где необходимо установить первый светофор 7 серии II. Вычитая из ординаты 5,6 интервал 1,9, получают 3,7 мин, т. е. ординату точки д, в которой устанавливаем первый светофор 9 серии III.

Для определения места установки второго светофора серии III от светофора 9 откладывают влево l_п /2 и находят точку ж, от которой вправо по кривой скорости откладывают 8 мин и находят точку и, соответствующую 10,9 мин. Точку и сносят на линию пути и откладывают влево l_п/2, тем самым определяют место установки второго светофора серии III. Места установки последующих светофоров серий II и III находят аналогично.

После расстановки светофоров в одном направлении их расстанавливают в другом направлении. Во всех случаях, когда светофоры встречных направлений не совпадают по ординате, решают вопрос об их передвижке и совмещении в допустимых нормами пределах. Передвижка светофоров может производиться и для улучшения их видимости по условиям местности и профиля пути.

По окончании расстановки светофоров проверяют соответствие полученных длин блок-участков принятым нормам и максимальным тормозным путям, определяемым при максимальной скорости пассажирского или грузового поезда. При экстренном торможении к тормозному пути прибавляют дополнительный путь, проходимый поездом за время срабатывания приборов локомотивной сигнализации с автостопом и приведения тормозов в действие, при полном служебном торможении – только путь, проходимый поездом за время приведения тормозов в действие.

Для проверки максимального тормозного пути перед каждым светофором используют тормозные кривые для тех категорий поездов, тормозные пути которых следует проверить. Метод проверки тормозных путей поясняется на рис. 2.26, а. На рис. 2.26, б показаны тормозные кривые, построенные для служебного и экстренного торможений поезда при разных профилях путей, на которых проверяется тормозной путь. Для учета тормозного пути при автостопном торможении слева от оси ординат показаны наклонные линии, построенные для разных элементов профиля пути перед светофором. При определении тормозного пути автостопного торможения суммарное время смены показания локомотивного светофора и срабатывания электропневматического клапана автостопа принимается 12 с.

При проверке тормозного пути перед светофором (см. рис. 2.26, а) ординату этого светофора сносят на ось пути (точка а). Затем берут тормозную кривую, выполненную на кальке для данной категории поезда и соответствующего профиля пути перед светофором, и накладывают ее на чертеж расстановки светофоров так, чтобы их оси пути совпадали, а конец тормозной кривой совместился с ординатой светофора. Точку в‘ пересечения тормозной кривой с кривой скорости переносят на ось пути и находят точку в. Полученное расстояние ав представляет собой тормозной путь перед данным светофором.

Рис. 2.26. Проверка тормозного пути и расчетной длины блок-участков

Дополнительный путь, проходимый поездом за время приведения в действие тормозов, определяют (см. рис. 2.26, б) путем проецирования точки в‘ до пересечения с прямой линией, соответствующей профилю пути перед точкой в в начале тормозного пути ( 4 ⁰/₀₀). Полученный отрезок пути ов” или ов“‘ добавляют к отрезку ав, что и дает полную длину тормозного пути перед светофором.

Если этот путь не укладывается в пределах длины блок-участка, то его длина не удовлетворяет тормозным условиям и необходима перестановка светофоров.

При четырехзначной автоблокировке длину каждого блок-участка проверяют по условиям возможности снижения скорости с максимального значения до допустимой скорости проследования желтого огня и полной остановки поезда у сигнала с красным огнем при вступлении его на блок-участок со скоростью прохода желтого огня.

На участках с электрической тягой при расстановке светофоров проверяют возможность прохода поездом нейтральной вставки с выключенным током со скоростью: 15 км/ч у знака «Включить ток» при движении поезда с остановкой у светофора, установленного перед нейтральной вставкой; 10 км/ч – при движении поезда до знака «Включить ток»; с ограниченной скоростью 20 км/ч – по пригласительному сигналу входного или выходного светофора и при проследовании проходного светофора, установленного перед нейтральной вставкой, с запрещающим показанием.

Первый светофор автоблокировки устанавливают от знака «Включить ток» на расстоянии не менее 300 м. Проходные светофоры должны быть установлены перед переездом в случае совмещения его с одиночной или спаренной сигнальной установкой.

Расстановку светофоров следует проверять по условию видимости их огней на всех элементах профиля перегона. Эту проверку делает комиссия в составе представителей отделения дороги и проектной организации по вехам. Вехи устанавливают на ординатах проектируемых светофоров. Правильную видимость светофоров после их установки подтверждает комиссия и утверждает для составления рабочего проекта автоблокировки.

Гарантией обеспечения безопасности движения поездов на железных дорогах является выполнение машинистами приказов, передаваемых сигнальными устройствами. В качестве последних преимущественное распространение получили светофоры, которые передают достаточное число сигнальных показаний и сочетают удобство управления с хорошей круглосуточной видимостью сигналов. Каждое сигнальное показание должно сообщать машинисту информацию для своевременного снижения скорости до требуемой в соответствующем месте пути. Это достигается использованием сигнализации, при которой каждое сигнальное показание (кроме запрещающего движение) передаст основной (скорость движения у данного светофора) и предупредительный (скорость движения у следующего светофора) приказы. Поэтому число сигнальных показаний определяется числом принятых ступеней скорости.

Существует установленная скорость v_у, которая представляет собой известную машинистам максимально допустимую скорость движения поезда во всех точках пути следования, а также нулевая скорость v_o (остановка). Для стрелочных переводов с марками крестовин 1/9 и 1/11 допускается скорость движения на боковой путь v₁ не более 40 км/ч (по переводам из рельсов Р65 с маркой крестовины 1/11 не более 50 км/ч). Применение стрелочных переводов с маркой крестовины 1/18 разрешает движение поездов на боковые пути со скоростью v₃ = 80 км/ч, а с маркой крестовины 1/22 – со скоростью v₄ = 120 км/ч.

Основной принцип сигнализации, применяемый на железных дорогах – остановка подвижной единицы перед светофором с красным сигнальным показанием и разрешение проследования светофора с желтым и зеленым сигнальными показаниями.

Один непрерывно горящий или мигающий огонь разрешает проследование данного светофора с установленной скоростью. Зеленый мигающий разрешает проследование следующего светофора со скоростью 80 км/ч, желтый мигающий – со скоростью v₁, а желтый непрерывно горящий огонь указывает на необходимость остановки поезда у следующего светофора.

Горение двух огней, нижний из которых желтый, разрешает проследование данного светофора со скоростью v₁. Наличие зеленой полосы при двух огнях разрешает проследование данного светофора со скоростью v₃. Верхний огонь указывает скорость проследования следующего светофора: непрерывно горящий желтый предупреждает о необходимости остановки, желтый мигающий – о снижении скорости до значения v₁, зеленый мигающий – до v₃.

Таким образом, горение на светофоре двух огней, нижний из которых желтый, требует отклонения поезда за этим светофором на боковой путь. Горение одного желтого или зеленого огня соответствует движению поезда за светофором по прямому пути.

Синий огонь запрещает маневры и для поездных передвижений значения не имеет. Для запрещения маневров можно использовать красный огонь, если это не создает препятствий для поездных передвижений.

Непрерывно горящий лунно-белый огонь разрешает маневры. Мигающий лунно-белый огонь является пригласительным сигналом, разрешающим проследование данного светофора со скоростью до 20 км/ч с готовностью остановиться в случае обнаружения препятствия.

Рассмотрим основные положения, связанные с размещением станционных светофоров (рис. 2.27). Станцию со стороны перегонов ограждают входными светофорами. Входной светофор со стороны прибытия четных поездов обозначают буквой Ч, а со стороны нечетных — Н. Входные светофоры устанавливают на участках с тепловозной тягой на расстоянии, не меньшем 50 м от остряка противошерстного стрелочного перевода или предельного столбика первого входного пошерстного стрелочного перевода. Входной светофор на электрифицированных участках необходимо устанавливать перед воздушным промежутком, разделяющим контактную сеть перегона и станции. Обычно это удаление от входного стрелочного перевода не превышает 300 м.

Рис. 2.27. Схема размещения станционных светофоров

Выходные светофоры разрешают выход поездов на перегон. Их устанавливают с учетом специализации станционных путей. В обозначении выходных светофоров учитывается направление движения и номер пути отправления (Ч1, Ч2, Н1А и НЗ).

Маршрутные светофоры применяют на станциях с продольным и полупродольным расположением путей, а также на крупных станциях. Они регулируют передачу поездов из одного района станции в другой. Их устанавливают перед стрелками, разделяющими последовательно расположенные группы путей, а также в горловинах крупных станций. Обозначение маршрутных светофоров учитывает направление движения и номер пути (ЧМ1А, ЧМЗ, НМ1 и НМ2).

Выходные и маршрутные светофоры на станциях с электрической централизацией дополняют немигающим лунно-белым огнем, разрешающим маневры. Если на таком светофоре установлен пригласительный сигнал, то для маневровых передвижений используют тот же сигнальный комплект. На главных путях и путях безостановочного пропуска поездов используют мачтовые выходные и маршрутные светофоры, а на боковых путях – карликовые. Размещение маневровых светофоров требует знаний технологии работы станций. Маневровые светофоры обозначают буквой М с порядковым номером, начиная от входного светофора, в четной горловине – с четными, а в нечетной – с нечетными (М1, МЗ и М2, М4) номерами.

Рассмотрим примеры светофорной сигнализации. Взаимозависимость сигнальных показаний светофоров для движения поездов в нечетном направлении (рис. 2.28) показана для стрелочных переводов с марками крестовин 1/9 и 1/11.

Желтый огонь на предвходном светофоре 1 загорается при красном и мигающем лунно-белом огнях входного светофора Н. Зеленый огонь на светофоре 1 указывает на возможность проследования светофора Н с установленной скоростью. Последний сигнализирует одним верхним желтым огнем при красном огне на выходном светофоре HI и зеленым огнем при желтом или зеленом огне на светофоре HI. Поезд принимают на главный путь 1П без отклонения по стрелке 1.

Рис. 2.28. Схема взаимозависимости показаний светофоров на разъезде

при наличии стрелок с марками крестовин 1/9 и 1/11

Желтый мигающий огонь на светофоре 1 предупреждает о том, что входной светофор Н открыт, но его разрешается проследовать со скоростью v₁, поскольку поезд принимают на боковой путь 2П. На светофоре Н горят два желтых огня, причем непрерывно горящий верхний огонь предупреждает о том, что выходной светофор Н2 закрыт, а мигание этого огня свидетельствует об открытом светофоре Н2.

При отправлении с бокового пути 2П поезд отклоняется по стрелке 2, что обусловливает скорость его движения не более v₁. В этом случае на выходном светофоре должны гореть два желтых огня. Однако для простоты предусматривают одинаковую сигнализацию светофоров Н2 и HI, что имеет следующее обоснование. В случае приема поезда на боковой путь 2П машинист снижает скорость до v₁ перед светофором Н и не превышает ее до проследования последним вагоном стрелки 1, т.е. поезд не может развить скорость более v₁ на всей протяженности пути 2П до светофора Н2. Машинист, зная о приеме на боковой путь по показанию входного светофора Н и о необходимости движения по стрелке 2 со скоростью v₁, не допускает большей скорости. Поэтому машинисту достаточным является показание первого светофора, который необходимо проезжать со скоростью v₁.

В случае пропуска по главному пути 1П (рис. 2.29) поезд отклоняется за выходным светофором HI по стрелке 2. Поэтому светофор HI сигнализирует двумя желтыми огнями при свободности одного блок-участка удаления и двумя желтыми огнями, из которых верхний мигающий при свободности двух и более блок-участков. Зеленый огонь на светофоре HI закрывают металлическим кругом – заглушкой (закрещенный кружок на рис. 2.29). Входной светофор Н сигнализирует в этом случае одним желтым мигающим огнем, а при пропуске поезда по боковому пути – двумя желтыми огнями аналогично ранее рассмотренному случаю. Зеленый огонь на светофоре Н также закрывают заглушкой.

Рис. 2.29. Схема взаимосвязи сигнальных показаний

при отсутствии зеленого огня на входном и выходном светофорах

Разнообразные случаи взаимозависимости показаний светофоров рассматриваются в Инструкции [7].

Стрелочные электроприводы

Стрелочные электроприводы предназначены для перевода стре­лочных остряков, запирания и контроля положения централизованных стрелок в устройствах электрической централизации.

Согласно ПТЭ стрелочные электроприводы всех видов должны обеспечивать при крайних положениях стрелок плотное прилегание прижатого остряка к рамному рельсу и подвижного сердечника крестовины к усовику; стрелка (остряки или подвижной сердечник крестови­ны) не должна замыкаться при зазоре между прижатым остряком и рамным рельсом (или сердечника с усовиком) 4 мм и более; другой остряк должен быть отведен от рамного рельса на расстояние не менее 125 мм.

На железных дорогах получил широкое распространение невзрезной стрелочный электропривод СП-6.

Электропривод устанавливается на гарнитуре железнодорожных стрелок с правой или левой стороны стрелочного перевода и управля­ется с поста электрической централизации или колонки местного уп­равления. Стрелочный электропривод СП-6 (рис. 2.30) состоит из: корпуса 2, многоконтактного блокировочного устройства 1, уравнительной муфты 3, редуктора 4 со встроенной фрикционной муфтой, контрольных линеек 5 (6 — ушко контрольной линейки; 7 — палец контрольной линейки), одного рабочего шибера 8, главного вала 9, блока автопереключателя 10, обогревательного элемента 12, панели освещения 13, блока электродвигателя 14.

Рис. 2.30. Стрелочный электропривод СП6 (вид сверху)

Рис. 2.31. Механическая переда­ча электопрнвода СП-6: 1 — главный вал шиберной шестер­ни; 2 — рабочий шибер; 3 — кон­трольные линейки; 4— рабочая шес­терня; 5 — рабочий вал; 6, 11 , 12 , 13 — шестерни редуктора; 7 — фрик­ционная муфта; 8—регулировочная гайка; 9 — муфта сцепления; 10 — электродвигатель; 14—ведущее зуб­чатое колесо

Все узлы смонтированы в корпусе 2 и закрываются сварной стальной крышкой (на рис. 2.30 не показана) (11 — боковая крышка).

Основные характеристики невзрезного стрелочного электроприво­да с внутренним запиранием СП-6 следующие: максимальное тяговое усилие 6000 Н; максимальное время перевода 7,0 с; назначенный ресурс 1,2 млн. срабатываний при усилии до 3500 Н; электропитание постоян­ным током при номинальном напряжении 30, 100, 110 и 160 В или пере­менным током частотой 50 Гц, напряжением 110, 127, 190 и 220 В; раз­меры 780x955x255 мм; масса — не более 175 кг.

Редуктор со встроенным фрикционом представляет собой отдель­ный узел, монтируемый в корпусе электропривода (рис. 2.31). Редуктор состоит из чугунного корпуса с крышкой, внутри которого находятся стальные валы-шестерни, зубчатые колеса нормального цилиндричес­кого зацепления, а также фрикционной муфты, смонтированной внут­ри зубчатого колеса.

Фрикционная муфта состоит из четырех подвижных и четырех не­подвижных стальных дисков. Подвижные диски соединены с зубчатым колесом, а неподвижные диски расположены на втулке, которая соединена шпонкой с валом – шестерней. Сжимаются диски тремя тарельчатыми пружинами при помощи регулировочной гайки. Усилие фрикци­онного сцепления регулируется от 1000 до 7000 Н.

Вращение от электродвигателя на редуктор передается через муфту, расположенную на квадрате вала-шестерни редуктора.

Блок главного вала и автопереключателя (см. рис. 2.30) состоит из чугунного основания, на котором установлены две контактные колод­ки, имеющие по три пары контактных пружин на каждой. Между ко­лодками на осях в чугунном основании помещаются свободно повора­чиваемые стальные рычаги с зубьями. На этих рычагах укреплены ко­лодки с тремя латунными контактными ножами каждая, из них два узких для контрольных цепей и один широкий для рабочей цепи.

Под действием двух пружин растяжения, закрепленных параллель­но на упорных рычагах, ножевой рычаг с зубом контактными ножами врублен в контактные пластины на глубину не менее 9 мм.

Над контактными колодками установлены защитные кожуха из прозрачной пластмассы для предохранения контактов от попадания на них капель конденсата.

Контрольные линейки имеют вырезы, в которые попеременно при ходе их вместе с остряками стрелок попадают зубья рычагов. Над кон­тактными пружинами, предназначенными для контрольных цепей, рас­положены обогревательные элементы для обогрева контактов с целью исключить обледенение, ведущее к потере контроля положения стре­лок. Питание обогревательного элемента осуществляется переменным током частотой 50 Гц, напряжением 220 В с последующим понижением напряжения трансформатором ПОБС-5А до 24 В. Обогреватели в электроприводе выключаются блокировочным контактом курбельного выключателя. Сезонное включение и выключение обогревательного элемента осуществляется специальными предохранителями, устанав­ливаемыми в релейных шкафах, кабельных ящиках и т.д. Электропри­вод закрывается сварной стальной крышкой, имеющей уплотнение из резины. Изнутри электропривод запирается специальным замком.

Внутри электропривода установлен курбельный выключатель, блокировочные контакты которого исключают возможность управле­ния по команде с поста электрической централизации в момент откры­тия заслонки. При снятом электродвигателе электропривод может быть переведен на ручное управление рукояткой при помощи специ­альной оси, надеваемой на выступающий из редуктора квадрат вала-шестерни.

Работа электропривода начинается с момента подачи напряжения на блок электродвигателя. Вал электродвигателя, вращаясь, через муфту и систему механической передачи редуктора приводит во враще­ние зубчатое колесо с упором, которое “выжимает” ролик одного из упорных рычагов и выводит конец этого рычага из выреза диска глав­ного вала. Одновременно с этим упорный рычаг переключает через ролик рычаг с зубом с установленными на нем контактными ножами из контрольного положения в рабочее. После поворота на 46° зубчатое колесо с упором вращает диск главного вала шиберной шестерни (см. рис. 2.31).

В начале вращения главного вала шиберной шестерни один из за­порных зубьев шестерни отпирает запорный зуб рабочего шибера со стороны прижатого остряка и профилем эвольвенты запорного зуба шестерни заставляет перемещаться рабочий шибер, одновременно за­цепляясь с рабочими зубьями шестерни в том же направлении.

В конце перевода стрелки рабочий шибер останавливается, и упорный рычаг под действием двух параллельных пружин растяжения попадает в вырез диска главного вала шиберной шестерни. Одновре­менно с этим рычаг с зубом и контактными ножами под действием упорного рычага переключается и замыкает контрольные контакты, размыкая при этом рабочие контакты. В конце перевода другой запорный зуб шестерни запирает другой запорный зуб рабочего шибера со стороны второго прижатого остряка.

Контрольные линейки служат для контроля отвода другого остря­ка от рамного рельса на расстоянии не менее 125 мм. При взрезе стрел­ки электропривод подлежит тщательному техническому осмотру.

Рельсовые цепи

Современные автоматические и автоматизированные системы регулирования движения поездов на железных дорогах базируются на первичной дискретной информации о состоянии пути. Такую информацию собирают и формируют первичные путевые датчики.

По принципу устройства и действия они могут быть точечными и непрерывными.

Наибольшее распространение получили путевые датчики непрерывного типа, которые обладают большими функциональными возможностями и могут применяться в различных эксплуатационных условиях – на перегонах, станциях, сортировочных горках и др.

В качестве путевого датчика непрерывного типа на железных дорогах используются электрические рельсовые цепи.

Электрической рельсовой цепью, или сокращенно рельсовой цепью (РЦ), называется путевой датчик состояния железнодорожного пути, воспринимающим элементом которого является рельсовая линия. Благодаря этому устанавливается непрерывная связь между подвижным составом и устройствами, регулирующими движение поездов и обеспечивающими его безопасность.

В наиболее ответственных случаях – на перегонах и станциях, где происходит движение поездов с большими скоростями, РЦ фиксирует наличие подвижного состава на изолированном путевом участке и целость рельсовых нитей (отсутствие полного механического и электрического разрыва рельсовой нити), т. е. состояния РЦ, наиболее опасные для движения поездов. При отсутствии подвижного состава и исправности рельсовых нитей РЦ формирует сигнал, эквивалентный логической единице. Если рельсовая цепь занята или рельсовая нить электрически разорвана, РЦ формирует сигнал, соответствующий логическому нулю. Информацию о состоянии пути и целости рельсовой нити известные до настоящего времени схемы РЦ не разделяют, но такое разделение информации о состоянии путевых участков весьма желательно.

В ряде случаев РЦ выполняют лишь функции путевого датчика, фиксирующего только наличие подвижного состава на изолированном участке или факт проследования поездом определенной точки пути.

Одним из важных качеств РЦ является возможность использования их также в качестве телемеханического канала связи между смежными пунктами (сигнальными точками) в кодовой автоблокировке (АБ) и передаче оперативной информации с пути на локомотив в системах автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН).

Рельсовые цепи выполняют разнообразные и очень ответственные функции, работают в различных эксплуатационных условиях (на перегонах, станциях, сортировочных горках, в зоне переездов и др.) при различных видах тяги.

В связи с ростом скоростей и интенсивности движения, а также массы поездов требования к РЦ как путевым датчикам и телемеханическим каналам повышаются и расширяются, в то время как условия, в которых они работают, все время усложняются: повышаются уровни и расширяется спектральный состав помех от тяговых токов и энергосистем, а также от токов поездного централизованного электрического освещения и отопления пассажирских вагонов; ухудшаются электрические параметры рельсовых линий, особенно при железобетонных шпалах, и др.

Для удовлетворения требований к РЦ при указанных условиях приходится непрерывно изыскивать новые методы и технические средства. В связи с этим на дорогах применяют большое количество различных типов и разновидностей РЦ.

Рис. 2.32. Простейшая рельсовая цепь

Наиболее простой является РЦ постоянного тока с непрерывным питанием (рис. 2.32), состоящая из рельсовой линии (рельсовые нити со стыковыми соединителями С); передающего конца с источником электрической энергии и ограничивающим резистором (ограничителем) R₀; приемного конца с приемником электрической энергии – путевым реле П. В большинстве случаев источник и приемник расположены на разных концах рельсовой линии, а реле П возбуждено. По концам на каждой рельсовой нити устанавливают изолирующие стыки ИС, электрически разделяющие ее со смежными цепями. Ток I_c, посылаемый в рельсовую линию для контроля ее состояния, называют сигнальным током.

Более сложными являются РЦ, используемые в качестве телемеханического канала связи в кодовых системах автоблокировки и непрерывных системах АЛС.

Общую структурную схему РЦ для кодовой АБ с числовым кодом (рис. 2.33) образуют следующие звенья: источник И или генератор Г, получающий питание от сети переменного тока частотой f_п и вырабатывающий сигнальный ток частотой f_c, решающее звено РЗ, управляющее шифратором сообщений, роль которого выполняет дешифратор, отражающий состояние впереди лежащей рельсовой цепи РЦЗ, шифратор Ш, модулирующий переменный ток частотой f_c в соответствии с передаваемыми кодовыми сигналами; линейный передатчик ЛП; линия связи – промежуточная и защитная аппаратура ПА1 и ПА2 и рельсовая линия; путевой приемник – фильтр, усилитель, выпрямитель и импульсное путевое реле ИП, путевой дешифратор ПД, связанный с выходом путевого приемника и управляющий светофором СВ1, путевой объект управления ПОУ – напольный светофор СВ1.

Путевой приемник, соединенный с рельсовой линией кондуктивно или индуктивно, при свободности линии получает кодовые сигналы и через дешифратор управляет светофором. Поэтому пусковой узел в рельсовой цепи отсутствует. Пусковой импульс посылает сама РЦ, сопротивление передачи которой резко увеличивается при шунтировании рельсовой линии колесными парами поезда. Следовательно, функцию задающего элемента в РЦ, как в телемеханическом канале, выполняет рельсовая линия, что является характерной чертой железнодорожных систем автоматического управления. Если линия свободна от подвижного состава и исправна, то кодовые сигналы поступают к путевому приемнику и на светофоре, ограждающем данную РЦ, появляется разрешающее показание; если же линия занята подвижным составом или повреждена, то кодовые сигналы не могут вызвать срабатывание приемника и на светофоре загорается красный огонь Выбор кодового сигнала или позиция шифратора Ш определяется состоянием впереди лежащего блок-участка (по ходу поезда).

Рис. 2.33. Структурная схема РЦ как путевого датчика и телемеханического канала

В непрерывных системах АЛСН связь локомотивного приемника с рельсовой линией устанавливается лишь после вступления локомотива на ее входной конец. При этом образуется односторонний телемеханический канал, в состав которого входят узлы 1-6 РЦ. Роль узла 7 выполняют приемные локомотивные катушки ПК (7′), размещенные над рельсами. Между рельсовой линией и этими катушками устанавливается индуктивная связь через воздушный промежуток, входящий в состав линии связи телемеханического канала АЛС. Структурная схема большинства других видов РЦ может быть получена из схемы рис. 2.33 путем исключения или небольшой корректировки некоторых ее узлов.

2.2.3.2. Режимы работы и основные требования

Постольку рельсовая линия используется как задающий элемент автоматизированной системы, методически удобно различать три вида внешних воздействий на рельсовую линию (рис. 2.34): непрерывные воздействия, связанные с изменением параметров рельсовой линии от внешних факторов (температуры, влажности и др.); дискретные воздействия, изменяющие структуру схемы замещения рельсовой линии при наложении поездного шунта, полном электрическом разрыве рельса и повреждении любого узла рельсовой цепи; непрерывные или дискретные помехи, которые не влияют на параметры или структуру схемы замещения цепи, а вызывают вследствие электрического и магнитного влияния или гальванической связи появление на входе приемника мешающих или опасных электродвижущих сил или токов.

Рис. 2.34. Схема воздействий на рельсовую цепь

Реакция цепи на все эти воздействия проявляется в изменении уровня и фазы сигнала на входе путевого приемника.

При заданном сопротивлении приемника уровень сигнала определяется током или напряжением на входе, а фаза сигнала – фазовым сдвигом их относительно опорного (местного) напряжения U_м. В тех случаях, когда источником в РЦ являются трансформаторы и аккумуляторы с малым внутренним сопротивлением, можно практически считать, что эти источники имеют не зависящее от нагрузки напряжение U, т. е. являются генераторами напряжения. Поскольку ток на входе приемника I_п=U/Z_п, то при U=const реакция цепи на внешнее воздействие характеризуется изменением сопротивления передачи всей цепи Z_п.

Заданная реакция цепи на внешнее воздействие получится в том случае, если сопротивление Z_п будет изменяться соответствующим образом при каждом воздействии. Такой характер изменения этого сопротивления достигается правильным выбором схем и параметров всех узлов РЦ, в том числе и путевого приемника.

В РЦ применяются приемники с дискретным выходом (рис. 2.35), граничные характеристики 1 которых определяются током (напряжением) срабатывания I_ср и током (напряжением) несрабатывания I_нср, при этом I_нср=k_вI_cp, где k_в < 1 – коэффициент возврата приемника.

Чем совершеннее дискретный приемник, тем выше его коэффициент возврата и тем уже область между его граничными характеристиками.

Дискретный приемник имеет два устойчивых состояния, соответствующих областям надежного срабатывания 2 и несрабатывания 3. Нижняя граница области 2 определяется рабочим уровнем сигнала I_р. В расчетах и исследованиях принимают I_p=k_ЗсрI_cp, где k_Зср – коэффициент запаса по срабатыванию (1,0 – для электромагнитных и индукционных реле при непрерывном питании, т.е. U_p= U_ср и I_p=I_cp ; 1,2 – для импульсных путевых реле, т.е. U_p = 1,2·U_ср и I_р = 1,2·I_cр).

Верхняя граница области 2 определяется допустимым для данного конкретного приемника сигналом перегрузки I_рпер=k_перI_р, где k_пер>1–допустимый коэффициент перегрузки приемника берется по паспорту реле.

Верхняя граница области 3 характеризуется уровнем сигнала надежного несрабатывания I_ннcр=k_знсрI_нcр, где k_знср < 1 – коэффициент запаса по несрабатыванию приемника [0,6 – для электромагнитных реле; 0,9 – для индукционных (секторных) реле переменного тока и поляризованных импульсных реле постоянного тока]. Разрывы между граничными характеристиками приемника 1 и областями 2 и 3, определяемые коэффициентами запаса k_зср и k_знср, повышают надежность работы приемника в реальных условиях, но снижают его эксплуатационный коэффициент возврата. С учетом этих коэффициентов вводится понятие о коэффициенте надежного возврата приемника k_вн=k_вk_знср/k_зср.

Рис. 2.35. Граничная характеристика и области работы дискретного приемника

Указанные на рис. 2.35 граничные характеристики приемника справедливы лишь при постоянном напряжении генератора U. Если же напряжение генератора из-за изменения напряжения питающей сети колеблется от минимума до максимума, то расширяется область граничных характеристик приемника и, следовательно, уменьшается его коэффициент надежного возврата. В этом случае при расчетах и анализе рельсовых цепей принимается приведенный коэффициент надежного возврата k’_вн=k_вн/k_и, где k_и=U_max/U_min – допустимый коэффициент колебания напряжения источника 1,26 – для аккумуляторов, работающих в буфере с выпрямителями; 1,21 – для трансформаторов, питающихся от высоковольтных линий; 1,05 – для статических параметрических преобразователей частоты, которые обладают частичной способностью стабилизации выходного напряжения.

Сопротивление Z_п исправной и свободной цепи во всем диапазоне непрерывного воздействия должно изменяться так, чтобы на вход приемника поступал сигнал, соответствующий области 2. При обоих видах дискретного воздействия сопротивление Z_п должно увеличиться настолько, чтобы уровень сигнала на входе приемника достаточно снизился и находился в области 3. Последнее требование определяется характером дискретного приемника, который и при наложении шунта и повреждении рельса выдает на выходе информацию, эквивалентную занятости путевого изолированного участка.

Дискретное воздействие при обеих формах не является стабильным, и степень его влияния на сопротивление Z_п зависит от дополнительных факторов: изменения координаты шунта на рельсовой линии, вероятности возникновения повреждения рельса в любой точке рельсовой линии, влияния обходных путей через смежные цепи и др.

Из-за указанных обстоятельств синтез схемы РЦ по заданной ее реакции на дискретные и непрерывные воздействия является довольно сложным и не всегда применимым для инженерных или учебных целей, тем более, что разрешимые задачи синтеза имеют множество решений. Поэтому при анализе исследуется реакция цепи на каждое воздействие отдельно и сложный процесс работы цепи расчленяется на три основных режима, соответствующих различным воздействиям: нормальный, когда цепь исправна и свободна; шунтовой, когда рельсовая линия шунтирована колесными парами; контрольный, когда рельсовая нить повреждена.

Так как во всех этих режимах рельсовая линия может находиться в любой фазе непрерывного воздействия, то для упрощения задачи выбирается такая его фаза, при которой создаются наиболее тяжелые условия для каждого из рассматриваемых режимов. Поскольку непрерывное воздействие выражается в изменении первичных параметров рельсовой линии, можно считать, что на условия работы цепи в каждом из режимов влияют независимые переменные величины: проводимость изоляции у_и, сопротивление рельсов z, напряжение генератора U, относительная координата рельсовой линии р. Относительная координата рельсовой линии (рис. 2.36) p=x/l, где l – длина рельсовой линии, м; х – абсолютная координата рельсовой линии, численно равная расстоянию от координаты до приемного конца, м

Значения абсолютной и относительной координат изменяются в пределах: 0<x<l, 0<p<1.

Рис. 2.36. Абсолютная и относительная координаты рельсовой линии

В нормальном режиме уровень сигнала на входе приемника должен быть не ниже уровня надежного срабатывания, поэтому критическим для этого режима является такой набор значений независимых переменных, при котором создаются наиболее тяжелые условия для передачи сигналов по рельсовой линии, т. е. когда затухание сигнала в ней будет максимальным: z_mах (максимальное удельное сопротивление рельс), y_max (максимальная удельная проводимость изоляции) и U_min (минимальное напряжение источника питания).

Для нормального режима понятие о критической координате прямого смысла не имеет, так как при свободной и исправной РЦ на рельсовой линии нет ни шунта, ни поврежденного рельса. В этом случае можно считать, что для данной РЦ шунт и место повреждения рельса находятся вне пределов рельсовой линии, т. е. 0 > р > 1.

В шунтовом режиме, наоборот, уровень сигнала на входе приемника должен быть не выше уровня его надежного несрабатывания, поэтому критическим для этого режима является такой набор значений независимых переменных параметров, при котором создаются наиболее благоприятные условия для передачи сигналов по рельсовой линии: z_min, y_иmin, U_max и p_шкр., где p_шкр критическая относительная координата наложения шунта (место, на которое при наложении шунта сопротивление передачи оказывается минимальным).

В контрольном режиме, так же как и в шунтовом, уровень сигнала на входе приемника не должен быть выше уровня его надежного несрабатывания, поэтому критический набор значений независимых переменных тоже должен соответствовать наилучшим условиям для передачи сигналов по рельсовой линии.

Однако при разрыве рельса создается совершенно иное изменение структуры схемы замещения рельсовой линии, чем при шунтовом режиме, из-за того, что при полном электрическом разрыве одного из рельсов электрически не разрывается тракт передачи сигналов, поскольку создаются обходные пути места разрыва по земле. Вследствие этого критическое значение проводимости изоляции g_икp при контрольном режиме лежит в пределах g_иmin <g_икp<g_иmаx. Поэтому критический набор значений независимых переменных для контрольного режима составляют z_mах, g_икp, U_max и р_кпкр (табл. 2.2).

В связи с тем, что на перегонах с автоблокировкой (АБ) и на станциях с электрической централизацией (ЭЦ) накладываются устройства автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, основные виды РЦ должны проектироваться с учетом режима АЛСН, при котором проверяется надежная работа локомотивных устройств по заданному (нормативному) току, который должен быть в рельсах под приемными катушками локомотива при вступлении его на самый удаленный участок от источника тока РЦ, т.е. при р_ш = 0.

По существу режим АЛСН является нормальным режимом РЦ по условиям работы локомотивного приемника, поэтому критический набор значений переменных параметров будет таким же, как и в нормальном режиме по путевому приемнику, но критическая координата р_ш = 0 (см. табл. 2.2).

Характер влияния указанных переменных величин на различные режимы зависит от схемы, параметров аппаратуры и длины рельсовой линии.

Таблица 2.2

Таблица критического набора переменных для режимов работы рельсовой цепи

Кроме того, действие генератора при анализе и синтезе цепей должно проверяться в режиме короткого замыкания линии, т. е. при нахождении поездного шунта нулевого сопротивления на питающем конце (р_ш = 1). Такая проверка особенно важна для цепей переменного тока, так как напряжение генератора и сопротивление ограничителя в этих цепях могут варьироваться в широких пределах, отчего условия работы генератора будут резко изменяться. Требования режима короткого замыкания во многих случаях являются определяющими для выбора аппаратуры питающего конца и особенно параметров ограничителя.

Таким образом, наиболее сложные виды РЦ проектируются с учетом работы путевого и локомотивного приемников в четырех режимах: нормальном, шунтовом, контрольном и АЛС, а по условиям работы генератора – с учетом режима короткого замыкания линии.

Помимо этого, РЦ должны защищаться от различного рода помех, которые могут вызывать подачу ложной информации о свободном или занятом состоянии изолированного участка. Помехи первого вида особенно опасны и обычно появляются в цепях с непрерывным питанием: в цепях постоянного тока – от блуждающих постоянных токов или переходных токов от сетей поездного освещения или отопления, а в цепях переменного тока – от гармонических составляющих тягового тока или токов утечки осветительных сетей. Помехи второго вида проявляются при импульсном или некоторых видах кодового питания.

Для защиты РЦ от помех на электрифицированных участках приходится усложнять их схемы или переходить на сигнальный ток другой частоты и коренным образом менять схему РЦ.

По действующим в РФ техническим условиям в РЦ должно также контролироваться появление замыкания в изолирующих стыках. В тех случаях, когда РЦ выполняют также функции телемеханических каналов связи, параметры их элементов выбирают так, чтобы искажения электрических сигналов, несущих информацию, не превышали установленных допусков.

При разработке новых и усовершенствовании существующих схем необходимо стремиться к тому, чтобы каждая РЦ была не только совершенной с технической точки зрения и обеспечивала все требования, вытекающие из условий безопасности движения поездов, но и являлась бы в максимальной мере экономичной – имела возможно большую длину, потребляла малое количество электроэнергии, не требовала большого расхода кабеля и применения дорогой аппаратуры, не нуждалась в больших затратах средств и времени на обслуживание и пр., а также была универсальной, т. е. могла применяться в различных эксплуатационных условиях.

Схемы рельсовых цепей

Рельсовые цепи постоянного тока.На неэлектрифицированных линиях по рельсовым цепям про­текает лишь сигнальный ток: мешающее действие тягового тока здесь отсутствует. Ввиду этого на таких линиях могут быть при­менены рельсовые цепи любого типа: постоянного или переменного тока, с непрерывным или импульсным питанием. Практически на линиях с автономной тягой (тепловозная) широко при­меняют рельсовые цепи постоянного тока, которые наиболее прос­ты по устройству и потребляют малую мощность.

К достоинствам рельсовых цепей постоянного тока следует от­нести возможность их резервного электропитания от аккумуляторов, что особенно важно для участков с ненадежным электроснабжением. Аппаратуру располагают в релейных шкафах, а источники питания (выпрямители и аккумуляторы) — в батарейных, устанавливаемых рядом с релейными.

В рельсовой цепи с непрерывным питанием(см. рис. 2.37) ис­пользуют нейтральное путевое реле АНШ2-2 с сопротивлением об­моток 2 Ом. Ток срабатывания реле АНШ2-2 равен 135 мА, ток отпускания —55 мА, коэффициент возврата —0,407, мощность сра­батывания —36,5 мВт. Рельсовая цепь получает питание от вып­рямителя ВАК-14. Для резервного питания предусмотрен аккуму­лятор АБН-72 или АБН-80 (аккумулятор блокировочный с намазными пластинами емкостью 72 или 80 ампер часа), работающий в режиме среднего тока.

В качестве ограничителя применен регулируемый резистор 6 Ом. Для действия устройств автоматической локомотивной сигнализа­ции схема допускает возможность ее кодирования с питающего или релейного конца (на рис. 2.37 включение устройств АЛС не показано).

Для контроля замыкания изолирующих стыков предусматривают чередование полярности тока в смежных рельсовых цепях. В слу­чае замыкания изолирующих стыков токи смежных цепей компенси­руются и путевые реле обеих свободных рельсовых цепей отпус­кают свои якоря, чем контролируется исправность изолирующих стыков. Для лучшей компенсации сигнальных токов в смежных цепях по обе стороны от изолирующих стыков размещают питающие или релейные концы.

Если изолирующие стыки замыкаются при занятой рельсовой цепи, то создается возможность подпитки путевого реле от источника смежной рельсовой цепи, в то время как свой источник питания зашунтирован. Таким образом, контроль замыкания изолирующих стыков отсутствует как раз в тот момент, когда он более всего необходим. К недостаткам рельсовых цепей постоянного тока с непрерывным питанием следует отнести также малую предельную длину (до 1500 м), отсутствие защиты от блуждающих токов, в том числе от обратных токов вагонного освещения и отопления при центральном источнике электроснабжения пассажирских поездов. Рельсовые цепи постоянного тока с непрерывным питанием используются только на станциях участков, не подверженных влиянию блуждающих токов. На перегонах при автоблокировке применяют импульсные рельсовые цепи(рис. 2.38). Периодическое замыкание (импульс) и размыкание (интервал) цепи питания производятся контактом непрерывно работающего маятникового транс­миттера МТ. В качестве импульсно-путевого реле ИП служит импульсное поля­ризованное реле ИМШ-0,3. Ток срабатывания реле равен 280 мА, отпускания—135 мА; мощность срабатыва­ния 24,4 мВт. Контакты импульсного реле вследствие их непре­рывного переключения не могут быть использованы в цепях конт­роля свободности блок-участков и включения ламп светофоров, поэтому на релейном конце дополнительно устанавливают его пов­торитель — реле П, работающее от конденсаторного дешифратора и удерживающее якорь непрерывно притянутым при импульсной работе реле И.

В интервале, когда замкнут тыловой контакт реле ИП, заря­жается конденсатор С1 через резистор R. Во время импульса, когда замыкается фрон­товой контакт реле И, конденсатор С1 разряжается на обмотку реле П и конденсатор С2 через резистор R. Реле П возбуждается, и конденсатор С2 заряжается. В следующем интервале заряжается конденсатор С1, а реле П в течение интервала получает питание от конденсатора С2. В импульсе ток от конденсатора С1 протекает через обмотку реле П и конденсатор С2. Таким образом, при импульсной ра­боте реле ИП непрерывно переключает свой контакт в цепи кон­денсаторного дешифратора. Реле П, получая питание в каждом импульсе от конденсатора С1, а в каждом интервале — от конденсатора С2, непрерывно удерживает якорь притянутым. При вступлении на рельсовую цепь поезда или нарушении це­лостности рельсовой нити прекращается импульсная работа реле ИП, тыловой контакт его будет непрерывно замкнут, и конденсатор С1 не сможет разрядиться на обмотку реле П и конденса­тор С2. После разряда конденсатора С2 (примерно 1 с) реле П отпускает якорь, фиксируя занятость рельсовой цепи.

Импульсная рельсовая цепь по сравнению с рельсовой цепью не­прерывного питания имеет более высокую чувствительность к шунту и излому рельса, так как отпускание якоря реле П будет обеспечено, если ток в обмотке реле ИП снизится до тока непритяжения якоря. Отпускание якоря реле И гарантируется в интервале между импульсами, поэтому предельная длина импульсной цепи равна 2600 м.

В импульсных рельсовых цепях постоянного тока путевое реле всегда размещают на выходном конце блок-участка, т. е. импульсы для питания реле посылаются по ходу поезда. Это позволяет использовать контакты путевого реле для включения кодов АЛС при вступлении поезда, предвари­тельного зажигания светофоров и подаче извещений на станцию и переезд о приближении поезда. Кроме того, такое размещение приборов исключает мешающее действие импульсов постоянного тока на локомотивные приемные устройства АЛС.

Ложная работа импульсного реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков исключается чередованием поляр­ностей тока в смежных рельсовых цепях. Импульсное путевое реле ИМШ-0,3 срабатывает только от импульсов тока соб­ственной цепи. При попадании тока другой полярности в его об­мотку от источника смежной цепи под действием тока обратной полярности усилие на якорь будет направлено в сторону замыкания тылового контакта.

Рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с малогабаритной аппа­ратурой(рис. 2.39, а) широко используют на некодированных путях станций без электротяги. Такое название они получили на ранней стадии внедрения благодаря использованию в схеме малога­баритных трансформаторов ПТМ на питающем конце и РТ-3 на релейном. Размеры и масса этих трансформаторов в несколько раз меньше путевых трансформаторов ПОБС.

Наряду с трансформаторами ПТМ в качестве питающих приме­няют также трансформаторы ПРТ-А, а на релейном — ПРТ-А и СТ-3, ограничителем является резистор R_o; путевое реле — АНВШ2 – 2400.

Предельная длина рельсовой цепи, при которой обеспечиваются все режимы, составляет 1500 м. Мощность, потребляемая рельсовой цепью предельной длины, равна примерно 30 ВА.

Питающие и релейные трансформаторы размещают у пути в трансформаторных ящиках или релейных шкафах, а путевое реле — на посту ЭЦ или в помещении дежурного по станции. Провода между релейным трансформатором и путевым реле не дублируют при длине кабеля до 1500 м.

Рис. 2.39. Рельсовые цепи переменного тока 50 Гц

с малогабаритной аппаратурой

Предельная длина кодируемой рельсовой цепи составляет 1200 м. При шунтировании входного конца рельсовой цепи и минимальном сопротивлении изоляции ток АЛС в рельсах должен быть не менее 1,2 А. При кодировании с релейного конца включают резистор R_К.

Для контроля замыкания изолирующих стыков вторичные обмот­ки путевых трансформаторов включают так, чтобы обеспечивалось чередование мгновенных полярностей тока в смежных цепях, а по обе стороны изолирующего стыка устанавливают одноименные при­боры (реле-реле или трансформатор-трансформатор). По этой же причине полярность кодового тока при кодировании с релейного конца должна совпадать с полярностью тока путевого трансформа­тора и быть противоположной полярности тока смежной рельсовой цепи.

В случае замыкания изолирующих стыков вследствие противоположного направления тока от трансформаторов смежных цепей

общий ток снижается и становится меньше тока отпускания реле. Оба путевых реле отпускают якоря, и замкнувшиеся стыки бла­годаря этому могут быть своевременно обнаружены. Однако, если рельсовая цепь занята поездом, и в этот момент произошло за­мыкание изолирующих стыков, то путевое реле будет получать питание только от источника смежной цепи. При этом если под­вижная единица находится вблизи от замкнувшихся изолирующих стыков, то оба путевых реле будут зашунтированы, так как сопро­тивление рельсов, входящее в сопротивление шунта, будет невелико.

При некотором удалении подвижной единицы от поврежденных изолирующих стыков (на 250 м и более), когда в сопротивление шунта будет входить сопротивление рельсов от подвижной единицы до стыков, возможно срабатывание путевого реле от источника смежной цепи. Поэтому указанный контроль замыкания изолирую­щих стыков является недостаточно надежным, и такие рельсовые цепи требуют более тщательного осмотра, особенно изолирующих стыков при обслуживании устройств. Эти рельсовые цепи применяют в основном для оборудования путевых и стрелочных участков, по которым не проходят поездные маршруты, — для маневровых районов, подъездных путей и т. п. На перегонах такие рельсовые цепи не применяют.

Фазочувствительные рельсовые цепи переменного тока 50 Гц с путевыми реле ДСШ-12(рис. 2.40, а) применяют на станциях участков с любым видом тяги. В качестве питающего используют трансформатор ПОБС-2А, ограничителем является резистор R₀=2,2 Ом. Согласование вы­сокого сопротивления (600 Ом) путевой обмотки реле ДСШ с низким входным сопротивлением рельсовой цепи (примерно 1 Ом) осуществляется релейным трансформатором СОБС-2А. С помощью конденсатора С_р, включенного последовательно с путевой обмоткой реле, достигается сдвиг фазы напряжения на путевой обмотке по отношению к напряжению местной обмотки на угол примерно 90°, необходимый для нормальной работы фазочувствительного реле. Предельная длина рельсовой цепи 1500 м, потребляе­мая мощность при предельной длине 80 В·А (максимальная — 100 В·А). Дублирование жил кабеля между релейным трансформа­тором и путевым реле не требуется при длине кабеля до 2000 м.

Рис. 2.40. Фазочувствительная рельсовая цепь переменного тока 50 Гц

Фазочувствительная рельсовая цепь допускает наложение коди­рования с питающего и релейного концов (рис. 2.40, б). Для кодирования с релейного конца в качестве кодового используют трансформатор ПОБС-ЗА и дополнительно включают резистор R_К= 1,2 Ом. При шунтировании входного конца рельсовой цепи ток АЛС в рельсах должен быть не менее 1,2 А. После освобож­дения рельсовой цепи в большом интервале кода срабатывает путе­вое реле, и рельсовая цепь переходит из режима кодирования в нормальный.

Для исключения срабатывания путевого реле от тока смежной цепи при замыкании изолирующих стыков в смежных цепях вто­ричные обмотки путевых трансформаторов включают так, чтобы обеспечивалось чередование мгновенных полярностей тока. Первич­ные обмотки включают в одну и ту же фазу. При этих усло­виях в случае замыкания изолирующих стыков от источника смеж­ной цепи через путевую обмотку будет протекать ток, противополож­ный по фазе (сдвинут на угол 180°). Под действием этого тока соз­дается отрицательный вращающий момент, стремящийся повернуть сектор реле вниз, к упорному ролику. Этим исключается срабатыва­ние путевого реле от источника смежной цепи.

Для этой же цели при кодировании с релейного конца мгновен­ную полярность кодового тока устанавливают противоположной полярности тока питания смежной рельсовой цепи.

Замыкание изолирующих стыков при свободных рельсовых це­пях контролируется за счет взаимной компенсации сигнальных токов смежных рельсовых цепей. При этом фиксируется занятость одной или обеих смежных рельсовых цепей.

При новом проектировании и строительстве на станциях участ­ков с автономной тягой, как правило, применяют рельсовые це­пи переменного тока 25 Гц с фазочувствительными путевыми реле.

На станциях, оборудованных устройствами релейной централизации, приемо-отправочные пути, участки путей перед светофорами, ограждающими въезд в централизованную зону с подъездных путей, депо, а также все централизуемые стрелки оборудуют электрическими, рельсовыми цепями.

В пределах стрелочной горловины станции устраивают разветвленные рельсовые цепи, при этом разбивку стрелочной горловины на изолированные участки выполняют так, чтобы в один изолированный участок входили не более трех одиночных или двух перекрестных стрелочных переводов, при объединении стрелок не исключалась возможность параллельных передвижений.

Изолирующие стыки (рис. 2.41, а) установлены по границам разветвленной рельсовой цепи, а также в самом стрелочном переводе. Наружные рельсовые нити разветвляющихся путей в стрелочном переводе соединены стрелочным соединителем, через который образуется цепь тока по прямому пути и по отклонению. При установке путевого реле по прямому пути рельсовые нити по отклонению током не обтекаются, что показано штриховыми линиями. В таких рельсовых цепях в случае обрыва соединителя и нахождения подвижной единицы на ответвление путевое реле не шунтируется и появляется ложная свободность стрелочного участка.

Для исключения этой опасности на всех необтекаемых током участках устанавливают двойные стрелочные соединители – основной и дублирующий. Стрелочные соединители при автономной тяге применяют стальные, при электротяге – медные (рис. 2.41, б).

Для лучшей контроля обтекания током параллельных ответвлений рельсовой цепи по каждому ответвлению включают стрелочные путевые реле 1-3А, 1-ЗБ, 1-ЗВ (рис. 2.41, в).

Рис. 2.41. Схемы разветвленных рельсовых цепей

Число путевых реле в разветвленной рельсовой цепи не должно превышать трех. На ответвлениях длиной не более 60 м от центра перевода стрелки до изолирующего стыка путевые реле не включают. На всех параллельных ответвлениях независимо от длины ответвлений, примыкающих к приемо-отравочным путям, по которым возможны поездные маршруты, обязательно включают дополнительные путевые реле. На станциях, где производится кодирование разветвленных рельсовых цепей, изолирующие стыки в стрелочном переводе устанавливают на ответвлении от кодируемого направления. Если кодирование производится по главному пути и по отклонению, то на участках с автономной тягой (рис. 2.41, г) или при электротяге (рис. 2.41, д) применяют специальное расположение стрелочных соединителей. Такое соединение обеспечивает непрерывное кодирование при проходе локомотива над изолирующими стыками стрелочного перевода. Двойные соединители при электротяге показывают штриховыми линиями между нитями пути. Включение кодирования обозначают буквой К.

На рис. 2.41, е показан вариант разделения рельсовых цепей стрелок 1 и 7 для обеспечения параллельных передвижений по ним. Такое разделение возможно при условии, что расстояние между предельными столбиками этих стрелок не менее 7 м. Если это расстояние менее 7 м (рис. 2.41, ж), то изолирующие стыки являются негабаритными (показаны в кружках) и безопасность параллельных передвижений по стрелкам 1 и 7 нарушается. В этом случае стрелочный участок стрелки 1 является негабаритным по отношению к стрелке 7 и наоборот.

Движение по съезду 5/7 возможно при условии свободности негабаритного участка 1-ЗСП, а движение по участку 1-ЗСП – при свободности участка 7СП (см. рис. 2.41, е).

В разветвленной рельсовой цепи участка 1-ЗСП путевое реле включено по наиболее длинному, обтекаемому током ответвлению и контролирует целость рельсовых нитей и стрелочных соединителей. Необходимость включения путевого реле на втором ответвлении отпадает.

В случае наличия между стрелками путевого межстрелочного участка (рис. 2.41, з) его обозначают в виде дроби, состоящей из номеров стрелок, между которыми он расположен (1/ЗП).

Разветвленная рельсовая цепь с двумя стрелками 1 и 3 и включением путевых реле по всем ответвлениям (рис. 2.41, и) по главному пути кодируется в обоих направлениях с переключением кодирования в зависимости от направления установленного маршрута.

На рис. 2.41, к показана схема рельсовых цепей на некодируемых перекрестных съездах; на рис. 2.41, л — на кодируемых перекрестных съездах. Оба случая относятся к укладке перекрестных съездов при ширине междупутья 5,3 м. Контроль ответвлений осуществляют дополнительные путевые реле 3-5БСП и 1-7БСП. Рельсовые цепи 1-7СП и 3-5СП имеют общую плюсовую нить. В двухниточных рельсовых цепях, когда кодируются два электрифицированных пути, контроль ответвления осуществляет дополнительное реле 1-7БСП (рис. 2.41, м). Основные путевые реле и трансформаторы включены по кодируемым направлениям. В однониточных рельсовых цепях на перекрестном съезде, когда кодирование электрифицированных путей осуществлено не по рельсовым цепям, а по специальным шлейфам, уложенным вдоль рельсов, кодирование осуществляется от кодирующих трансформаторов К, включенных в шлейфы (рис. 2.41, н). Переходы с двухниточных смежных рельсовых цепей на однониточные выполнены через средние выводы дроссель-трансформаторов смежных рельсовых цепей. Контроль ответвления с однониточной рельсовой цепи 3-5СП осуществляет дополнительное путевое реле 3-5БСП.

Кодирование по шлейфу требует увеличения кодируемого тока до 10 А вместо 2 А по рельсовой цепи, что является недостатком такого способа кодирования.

В устройствах релейной централизации применяют типовые электрические рельсовые цепи переменного тока частотой 50 (25) Гц на участках с автономной или электрической тягой на постоянном токе; 25 Гц с электрической тягой на переменном токе. Тип аппаратуры рельсовой цепи выбирают в зависимости от рода тяги и предельной длины по нормалям рельсовых цепей, разработанным ГТСС.

2.2.3.5. Расчет рельсовой цепи

Расчет рельсовой цепи заключается в определении напряжения источника питания (для рельсовой цепи переменного тока) или величины сопротивления ограничителя тока (для рельсовой цепи постоянного тока), а так же критериев шунтового (коэффициент шунтовой чувствительности) и контрольного режимов (коэффициент чувствительности к поврежденному рельсу). Расчет упомянутых параметров является достаточно трудоемким. Ниже приводится методика расчета нормального и шунтового режимов рельсовой цепи с сосредоточенными параметрами.

На рис. 2.41 и 2.43 представлены схемы замещения рельсовой цепи с сосредоточенными параметрами для нормального и шунтового режимах соответственно. В качестве путевого реле взято реле типа АНШ2-2.

Для расчета рельсовой цепи задаются исходные данные:

– длина рельсовых линий l;

– удельное сопротивление изоляции r_и;

– удельное сопротивление рельс r;

– сопротивление соединительных проводов R_сп;

– сопротивление реле R_р;

– ток надежного срабатывания I_нср=I_ср·К_зср, где I_ср—ток срабатывания, К_зср — коэффициент запаса по срабатыванию;

– ток надежного отпадания I_нот=I_от·К_зот А, где I_от—ток отпадания, К_зот коэффициент запаса по отпаданию;

– минимальное напряжение источника питания U_min;

– максимальное напряжение источника питания U_max.

Удельное сопротивление рельс r принимается от 0,1 до 0,2 Ом/км;

– минимальное удельное сопротивление изоляции от 0,5 до 1,5 Ом·км;

– сопротивление соединительных проводов – R_сп=0,15 Ом;

– сопротивление обмоток реле — R_р=2 Ом;

– ток надежного срабатывания I_нср=I_ср·К_зср=0,135 А, где I_ср—ток срабатывания I_ср=0,135 А, К_зср — коэффициент запаса по срабатыванию К_зср=1 (только в РЦ с путевым реле первого класса);

– ток надежного отпадания I_нот= I_от·К_зот = 0,033 А, где I_от—ток отпадания I_от=0,055.А, коэффициент запаса по отпаданию К_зот= 0,6;

– минимальное напряжение источника питания (кислотный аккумулятор АБН-80) U_min =1,9 В;

– максимальное напряжение источника питания U_max =2,4 В.

В нормальном режиме рассчитывается величина сопротивления ограничителя R_о, а в шунтовом режиме определяются коэффициенты шунтовой чувствительности на релейном К_шр и питающем К_шп концах. Коэффициент шунтовой чувствительности К_ш — отношение допустимого напряжения источника питания, при котором обеспечивается шунтовой режим к максимально возможному напряжению источника питания.

Расчет нормального режима (рис. 2.42) начинается с определения эквивалентных значений параметров рельсовой линии R и R_и, где R=r·l/4 – эквивалентное сопротивление четверти рельсовой петли, R_и=r_и/l –эквивалентное сопротивление изоляции.

Затем определяют ток надежного срабатывания I_нср, и рассчитывают напряжение на резисторе R_и. Далее определяют величину тока в общей цепи и значение напряжения U_о. Разница между значением напряжения источника питания и напряжением U_о – падение напряжения на резисторе R_о. По условиям нормального режима напряжение источника питания берется минимальным. Зная падение напряжения на резисторе R_о и ток, через резистор определяют величину сопротивления R_о= U_о/ I_н, где ток начала I_н=I_и I_к, I_и – ток по резистору R_и, I_к – ток конца (реле).

Расчет шунтового режимавыполняется по схемам замещения, приведенной на рис. 2.43. Вначале определяется допустимое напряжение источника питания в условиях шунтового режима при наложении шунта на релейном конце (рис. 2.43, а), при котором якорь путевого реле надежно отпадает. Затем определяется то же напряжение при наложении шунта на питающем конце (рис. 2.43, б).

Порядок расчета следующий. Задают допустимый ток приемника (ток надежного отпадания) и определяют допустимое напряжение источника питания (порядок расчета такой же, как и при нормальном режиме). Это напряжение называется допустимым потому, что при его значении создается допустимый, по условиям шунтового режима, ток приемника (I_нот). Отношение допустимого напряжения к максимально возможному напряжению источника питания – коэффициент шунтовой чувствительности К_ш, который должен быть не менее единицы, если шунтовой режим выполняется. В результате расчета определяют К_шр и К_шп и делают заключение о возможности контроля наличия нормативного шунта (R_шн=0,06.Ом).

С устройствами, описанными в разделе 2.2, можно ознакомиться по [1,.2, 5], а также по списку, приведенном в приложении 7.

Контрольные вопросы и задание по разделу 2.2

Контрольные вопросы

1. Какова конструкция светофоров?

2. Назовите места установки светофоров.

3. Назовите номенклатурный код светофора.

4. Из чего состоит линзовый комплект светофора?

5. Объясните расстановку светофоров по кривой скорости.

6. Объясните расстановку светофоров на станции.

7. Сигнальные показания станционных светофоров.

8. Какова конструкция стрелочного привода?

9. Объясните назначение рельсовых цепей.

10. Объясните принцип работы простейшей рельсовой цепи.

11. Объясните принцип работы структурной схемы рельсовой цепи как путевого датчика.

12. Режимы работы рельсовых цепей.

13. Основные требования к рельсовым цепям

14. Изобразите схемы рельсовых цепей постоянного тока.

15. Изобразите схемы рельсовых цепей переменного тока.

16. Разветвленные рельсовые цепи.

17. Объясните методику расчета рельсовой цепи с сосредоточенными параметрами в нормальном режиме.

18. Объясните методику расчета рельсовой цепи с сосредоточенными параметрами в шунтовом режиме.

Задание

1. Расставить светофоры по кривой скорости по условиям, приведенным в приложении 2.

2. Расставить светофоры на станции по условиям, приведенным в приложении 3.

3. Запустить программу 3 (см. приложение 7) и ознакомиться с расстановкой сигналов на станции.

4. Составить схему разветвленной рельсовой цепи по условиям, приведенным в приложении 4.

5. Запустить программу 3 (см. приложение 7) и ознакомиться со схемой разветвленной рельсовой цепи.

6. Рассчитать рельсовую цепь с сосредоточенными параметрами в нормальном и шунтовом режимах по условиям, приведенным в приложении 5.

7. Запустить программу 5 (см. приложение 7) и ознакомиться с работой рельсовой цепи.

Кабельные сети

Устройство кабельных сетей

Напольные устройства (светофоры, стрелочные электроприводы, рельсовые цепи и т.д.) соединяются между собой и с аппаратурой по­стов электрической централизации кабелями, которые вместе с кабель­ной арматурой образуют кабельную сеть.

Кабельная сеть выполняется сигнальными кабелями с различ­ным числом (от 3 до 61) медных жил диаметром 0,9 или 1,0 мм на номинальное напряжение 380 В переменного тока или 700 В постоянного. Электрическое сопротивление жилы постоян­ному току при температуре окружающей среды плюс 20 °С не превы­шает 23,3 Ом/км для жилы диаметром 1,0 мм и не более 28,8 Ом/км для жилы диаметром 0,9 мм.

В устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики при­меняются следующие сигнально-блокировочные кабели:

СБПБ — кабель сигнально-блокировочный с медными жилами, полиэтиленовой изоляцией, в полиэтиленовой оболочке с броней из двух стальных лент и наружным покровом;

СБВБ — кабель сигнально-блокировочный с медными жилами и полиэтиленовой изоляцией в поливинилхлоридной оболочке с броней из двух стальных лент и наружным покровом;

СБПу — кабель сигнально-блокировочный с медными жилами и полиэтиленовой изоляцией, в утолщенной полиэтиленовой оболочке;

СББбШп— кабель сигнально-блокировочный с медными жилами, полиэтиленовой изоляцией и броней из двух стальных лент, в полиэти­леновом защитном шланге;

СББбШв — кабель сигнально-блокировочный с медными жилами, полиэтиленовой изоляцией и броней из двух стальных лент, в поливинилхлоридном защитном шланге;

СБВБГ — кабель сигнально-блокировочный с медными жилами и полиэтиленовой изоляцией, в поливинилхлоридной оболочке, с броней из двух стальных лент;

СБВГ – кабель сигнально-блокировочный с медными жилами и полиэтиленовой изоляцией, в поливинилхлоридной оболочке;

СБПБГ — кабель сигнально-блокировочный с медными жилами и полиэтиленовой изоляцией, в полиэтиленовой оболочке, с броней из двух стальных лент.

Число пар и жил приведено в табл.3.1.

При центральном питании устройств ЭЦ кабели от напольных уст­ройств прокладывают на центральный пост, предварительно группи­руя в горловинах станции в разветвительных муфтах. Для каждой сети устанавливают разветвительную муфту стрелочную СТ, сигнальную С, релейную Р или питающую П.

Таблица 3.1

Таблица количества жил кабеля

Кабельные линии составляют на основе схематического плана с осигнализованием и плана изоляции путей станции. На этих планах указаны расстояния между постом ЭЦ и стрелочным электроприво­дом, светофорами и приборами рельсовых цепей, а также нанесена трасса укладки групповых кабелей.

Кабельные трассы на станциях прокладывают так, чтобы они имели наименьшую длину, минимальное число переходов под путями и количество разветвительных муфт; они не должны проходить в мес­тах, занятых подземными и наземными сооружениями. Рекомендуется прокладывать трассу по бровке крайнего железнодорожного пути или между малодеятельными путями. Запрещается прокладка кабеля под стрелочными переводами, глухими пересечениями и рельсовыми сты­ками.

Длина кабелей

L=1,02·(ℓ_Т ℓ_З ℓ_П ℓ_Р),

где 1,02 — коэффициент, учитывающий изгибы кабеля при прокладке; ℓ_Т — длина тран­шеи между конечными точками прокладываемого кабеля, м; ℓ_З— запасная длина у каж­дого кабеля в случае перезаделки (при длине кабеля 50 м запас не предусматривается) равная 1 м; ℓ_П — длина кабеля на подъем от дна траншеи до муфты или клеммной колодки на посту, в релейном шкафу и т.д. (для муфты ℓ_П = 1 м); ℓ_Р — длина кабеля для разделки а муфтах, равная 0,5 м.

Кабельная сеть стрелок предусматривает жилы кабеля для управления и контроля положения стрелки, очистки стрелок и электрообогрева стрелочных электроприводов. Расчет кабельной линии сводится к определению сечения жил кабеля, необходимого для включения стрелочного электропривода, находящегося на определен­ном расстоянии от поста ЭЦ.

Сигнальные кабели имеют стандартный диаметр жил, поэтому для получения необходимых сечений проводов, идущих к приборам, жилы кабеля дублируют.

Расчет кабельной сети управления с учетом дублирования жил производят по формуле:

где L_СТ – максимально допустимая длина стрелочного кабеля, м; ΔU_К – допустимое падение напряжения, В; I_Р – расчетный рабочий ток (ток фрикции) двигателя, А; r_К – сопротивление 1 м жилы кабеля, Ом; П_П, П_О – число жил кабеля соответственно в прямом и обратном проводах. Число жил кабеля для включения ламп светофоров в кабель­ной сети светофоров и маршрутных указателей определяется по принципиальным схемам каждого светофора. В случае центрального питания светофоров от сети напряжением 220 В макси­мальные длины кабелей без дублирования жил зависят от типа сиг­нальных трансформаторов, огневых реле, мощности и числа одновре­менно горящих ламп на светофоре. Поэтому при проектировании даль­ность управления для каждого светофора определяется по таблицам, приведенным в справочной литературе.

Для современных схем с малогабаритными штепсельными реле дальность управления линзовым светофором без дублирования жил с одной горящей лампой мощностью 15 Вт составляет 4 км, с двумя одновременно горящими лампами — 2,6 км. Если на светофоре установлены лампы мощностью 25 Вт, то соответствующие расстояния составляют 3 и 2,5 км. При больших расстояниях жилы кабеля не дублируют, а переходят на питание светофоров от местных источников.

Кабель к маршрутным указателям рассчитывается по специальным номограммам в зависимости от мощности и числа одновременно горя­щих ламп. Дальность управления указателем скорости (зеленая полоса) 2,5 км.

Кабельную сеть релейных трансформаторов не разрешается совмещать с другими кабельными сетями. Предельная длина между путевым реле и дроссель-трансформатором или релейным трансформатором, при которых не требуется дублирования жил кабе­ля, указана в нормалях рельсовых цепей.

При построении кабельной сети питающих транс­форматоров станционных рельсовых цепей переменного тока частотой 50 Гц их подключают к одной фазе трансформаторов ТС ре­лейной панели, а частотой 25 Гц — к преобразователю ПЧ 50/25-300. Напряжение переменного тока на первичной обмотке питающего и кодирующего трансформаторов должно быть не менее 200 В.

Питающие трансформаторы рельсовых цепей группируют в от­дельные лучи так, чтобы нарушение питания одного луча выводило из действия по возможности меньшее число маршрутов. Лучи группиру­ют по горловинам станции, по районам и в зависимости от расположе­ния их на путях относительно друг друга и трассы кабеля. В отдельные лучи объединяют питающие трансформаторы рельсовых цепей глав­ных и кодируемых путей.

Для монтажа и подключения кабелей, проложенных от аппарату­ры рельсовых цепей, служат кабельные стойки, которые состоят из кор­пуса с крышкой. Корпус закреплен на опорной конструкции, состоя­щей из труб с фланцами (одной у концевых или двух у проходных), при­варенных к стальной пластине. Кабельные стойки подключаются к рельсам тросовыми перемычками.

Разветвительные муфты (рис. 3.1) предназначены для устройства ответвлений от группового кабеля к светофорам, путевым трансформаторным ящикам рельсовых цепей и стрелочных электроприводов и другим устройствам.

Рис. 3.1. Разветвительная муфта: 1 – два отверстия диаметром 28 мм; 2 – четыре

отверстия диаметром 16 мм; 3 – розетка; 4 – отверстие диаметром 21 мм

Рис. 3.2. Универсальная концевая Рис. 3.3. Универсальная промежуточная

муфта УКМ-12 муфта УПМ-12

Корпус и крышка муфты — литые, чугунные. В пазах крышек уло­жены прокладки из резинового зубчатого шнура. Муфты комплекту­ются металлическими трубами для защиты вводимых кабелей от меха­нических повреждений. Трубы крепятся к корпусу муфты болтами с гайками. Внутри муфты установлены клеммные панели на семь контак­тов и съемные перегородки для выделения зон прокладки жил каждого ответвляющего кабеля. Муфта снабжена розеткой для подключения те­лефона.

Универсальные концевые муфты УКМ-12 (рис. 3.2) предназначены для присоединения жил кабеля к аппаратуре, установки малогабарит­ной аппаратуры рельсовых цепей и подключения ее к рельсам. В муфте имеется одно отверстие диаметром 25 мм для ввода кабелей.

Универсальные промежуточные муфты УПМ-24 (рис. 3.3) служат для тех же целей, что и муфта УКМ-12, а также для соединения ка­белей и установки блока селеновых выпрямителей БВС. В этом случае снимают две клеммные панели. В муфте имеется два отверстия диа­метром 25 мм для ввода кабелей.

Корпуса и крышки муфт — литые, чугунные. Муфты комплектуются металлическими трубами для зашиты вводимых кабелей от механических повреждений: муфта УКМ-12 — одной трубой, муфта УПМ-24 — двумя.

Чугунные муфты СМ применяют для подземного соединения сигнально-блокировочного кабеля. Они состоят из верхней и нижней полумуфт, двух полухомутов, крышки и болтов, стягивающих полумуфты и крепящих крышку.

Контрольные вопросы и задани

Контрольные вопросы

1. Какие бывают типы сигнально-блокировочных кабелей?

2. Какая бывает жильность кабеля, сечение жил и удельное сопротивление?

3. Как производится расчет кабеля кабельных сетей?

4. Какие бывают типы муфт и назовите количество жил, которые можно в них разделать?

Задание

1. Составить кабельную сеть в соответствии с условиями приложения 6.

Заключение

В учебном пособии приведены в кратком изложении основы железнодорожной автоматики и телемеханики. Весь материал представлен в трех разделах: Системы железнодорожной автоматики и телемеханики, Элементы систем железнодорожной автоматики и телемеханики, Кабельные сети. В первом разделе дается классификация и поясняется назначение систем, во втором разделе дается описание работы реле и путевых устройств, в третьем рассматривается устройство кабельных сетей.

В течение последних 10 – 15 лет наметилась тенденция построения систем железнодорожной автоматики на микроэлектронных и микропроцессорных элементах. Как показала практика последних лет, это направление в развитии систем железнодорожной автоматики будет еще больше усиливаться. Во втором разделе пособия представлены полупроводниковые и микропроцессорные средства, на базе которых ожидается широкое внедрение устройств дистанционного управления и контроля стрелками и сигналами, устройств оптимизации регулирования движения поездов. Вместе с тем, в пособии представлены элементы средств регулирования движения поездов, которые используются в настоящее время. Представлено описание электромагнитных реле, стрелочных электроприводов, светофоров. Кроме того, приводятся схемы неразветвленных и разветвленных рельсовых цепей, методика их расчета.

Дисциплина ФОЖАТ на дневном факультете читается на втором курсе и создает базу для успешного освоения профилирующих дисциплин, где изучаются станционные и перегонные устройства железнодорожной автоматики, устройства дистанционного управления и контроля стрелками и сигналами.

Автор надеется, что настоящее пособие позволит облегчить процесс усвоения основ железнодорожной автоматики, будет способствовать повышению эффективности обучения и усвоения материала профилирующих дисциплин.

Калий.В теле взрослых людей содержится около 250 г калия, который находится преимущественно внутри клеток. Он участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия крови, оказывает влияние на коллоидное состояние тканей, регулирует углеводный обмен. Соли калия способствуют выведению из организма жидкости и натрия, что используется в клинической практике при сердечнососудистых и почечных заболеваниях.

Суточная потребность в калии 2-5 г.

Больше всего его содержится в кураге, изюме, черносливе, фасоли, картофеле.

Натрий. В теле человека содержится около 115 г натрия, одна треть этого количества находится в костной системе, а остальное – во внеклеточных жидкостях организма в виде иона натрия.

Натрий – важнейший катион во внеклеточных жидкостях. Он играет важную роль в обеспечении постоянства осмотического давления в биологических жидкостях, принимает активное участие в водном обмене, способствует задержке жидкости в организме за счет того, что ионы натрия вызывают набухание коллоидов тканей. Натрий входит в буферные системы, обеспечивающие кислотно-щелочное состояние в организме. Он активизирует пищеварительные ферменты, принимает участие в регуляции нервной и мышечной ткани.

Суточная потребность в натрии равна 4-6 г (10-15 г хлористого натрия).

Источники – в пищевых продуктах находится в малом количестве, в организм поступает в основном с поваренной солью.

Хлор принимает участие в регулировании осмотического давления, нормализации водного обмена, а также в образовании в желудке соляной кислоты. При поступлении в организм хлора в избыточном количестве он откладывается в коже. Из организма хлор выделяется с потом и мочой. Потребность в хлоре 4-6 г в сутки.

Наибольшее количество содержится в хлебе, сыре, яйцах.

Сера. Активно участвует во многих процессах, происходящих в организме: входит в состав некоторых аминокислот – метионина, цистина, витаминов – тиамина, биотина и в состав гормона – инсулина.

Сера участвует в тканевом дыхании и энергетическом обмене, сера в виде сульфатов принимает участие в обезвреживании токсических веществ с образованием парных соединений, выделяемых с мочой.

Потребность в сере – 1 г в сутки.

Источники: сыр, яйца, молоко, мясо, хлеб, крупы (рис, овсяная), горох, фасоль.

Железо. В организме взрослого человека содержится около 3-4 г железа, из них 73% входят в состав гемоглобина. Этот элемент необходим для биосинтеза соединений, обеспечивающих дыхание, кроветворение; он участвует в иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях; входит в состав цитоплазмы, клеточных ядер и ряда ферментов. При дефиците железа в питании развивается малокровие, нарушаются газообмен, клеточное дыхание.

Потребность в железе для мужчин – 10 мг, для женщин – 18 мг.

Железо содержится в субпродуктах, мясе, яйцах, фасоли, овощах, ягодах, хлебопродуктах, икре.

Медь содержится в организме в количестве около 150 мг в печени, почках, сердце, мышцах, центральной нервной системе. Она является кроветворным биомикроэлементом, участвует в синтезе гемоглобина, стимулирует созревание эритроцитов, ускоряет всасывание железа в кишечнике, она же способствует переносу железа в костный мозг. Совместно с железом медь участвует в процессах тканевого дыхания. Медь обладает инсулиноподобным действием. Она усиливает действие гормонов гипофиза и стимулирует рост.

Суточная потребность для взрослых – 2 мг.

Источники: устрицы, печень (говяжья), грибы шампиньоны, печень трески.

Кобальт участвует в процессах кроветворения, активизирует процессы образования эритроцитов и гемоглобина. Кобальт влияет на функцию поджелудочной железы. Из кобальта кишечной микрофлорой синтезируется витамин В12.

Потребность в кобальте установлена ориентировочно 100-200 мкг(микрограмм)/сут.

Кобальт содержится в воде, морских растениях, в организме рыб и животных, печени, свекле, бобовых, землянике, клубнике, грибах, грецких орехах.

Марганец– биомикроэлемент, связан с костеобразованием. Общее количество марганца в теле не превышает 10 мг, содержится во всех тканях человека, больше его в печени и почках, трубчатых костях, ребрах.

Марганец влияет на углеводный, белковый и жировой обмен, предупреждает ожирение печени и способствует общей утилизации жира в организме. Марганец участвует в кроветворении – образовании эритроцитов и гемоглобина.

Потребность в марганце – 5-10 мг/сут.

Источники: крупа овсяная, гречневая, рисовая, горох, фасоль, хлеб 2-го сорта, чай, сыр, кефир, печень говяжья.

Йод. В организме взрослого человека находится 25 мг йода, из которых половина сосредоточена в щитовидной железе. Этот элемент необходим для функции щитовидной железы, он входит в состав ее гормонов (тироксина).

Суточная потребность в нем составляет 100-200 микрограмм. При дефиците этого элемента развивается зоб (увеличение щитовидной железы). Йод содержится в рыбных и нерыбных продуктах моря, мясе, яйцах, молоке, овощах.

Фтор. Наиболее высоким содержанием фтора отличаются кости и зубы (в костях – 200-490 мг/кг, в зубах – 240-560 мг/кг). Физиологическое значение фтора заключается в активном участии его в процессе развития зубов, формировании дентина и зубной эмали. Важна роль фтора в костеобразовании и нормализации фосфорно-кальциевого обмена.

Суточная потребность взрослого человека во фторе – 0,8-1,6 мг/сут.

Содержание фтора в пищевых продуктах невелико. Большинство продуктов питания содержит в среднем 0,2-0,3 мг фтора на 1 кг, в рыбе его – от 5 до 15 мг, а в молоке – от 0,1 до 0,2 мг на 1 кг.

Богаты фтором продукты моря (рыба, креветки, кальмары, мидии). Хорошим источником фтора служат мясо животных, чай, хлеб из муки грубого помола, крупы из недробленого зерна.

Установлено, что из пищевых продуктов адсорбируется организмом 35% фтора, а усвояемость его из питьевой воды составляет 64 %.

Оптимальной для здоровья концентрацией фтора в воде считают 0,5-1,2 мг/л. при недостаточном поступлении фтора в организм развивается кариес зубов.

Жизнь без воды невозможна. В водной среде осуществляются все химические и физико-химические процессы, протекающие в организме. Вода составляет более 2/3 нашего веса, т.е. 60-65%. Около 62% воды находится внутри клеток, а 38% – в составе внеклеточной жидкости.

Все продукты в своем составе содержат определенное количество воды: в яйцах, твороге, мясе – 70% и выше, в овощах и фруктах – до 95%. Химически чистой воды в организме нет. В ней растворены многие вещества: белки, сахара, витамины и минеральные соли.

Вода выполняет в организме важные функции:

· служит растворителем продуктов питания и обмена;

· транспортирует растворенные в ней вещества;

· ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в теле человека;

· участвует в регулировании температуры тела за счет большей теплопроводности, теплоты испарения;

· обеспечивает пищеварение;

· выводит с мочой продукты обмена веществ.

Суточная потребность организма в воде определяется условиями внешней среды, характером работы, количеством принятой пищи. В сутки человеку требуется в среднем 2,5 л воды.

Свыше 1,2 л жидкости мы выпиваем для утоления жажды; около 1 л воды входит в состав различных продуктов питания. Кроме того, 0,3 л воды образуется в организме за счет окисления основных питательных веществ – жиров, углеводов, белков.

Выпитая вода не может сразу удовлетворить жажду, т.к. ее всасывание и поступление в кровь и ткани организма начинается примерно через 10-15 мин.

Потеря организмом более 10% воды угрожает его жизнедеятельности, наступают тяжелейшие расстройства.

Полное голодание при неограниченном поступлении воды человек выдерживает в течение 40-45 дней; отсутствие же питья приводит к гибели через 2-5 дней.

Нарушение водно-солевого обмена могут вызвать отеки, судороги, слабость, тяжелую анемию, а также несахарное мочеизнурение, когда почки выделяют больше 20 л жидкости в сутки.

Потеря большого количества влаги приводит к некоторому сгущению крови. В результате у человека появляется чувство жажды.

Водный обмен в организме протекает очень быстро.

Человек при небольшой физической нагрузке выделяет за сутки около 2,5 л воды:

ü почками (примерно 1,4 л),

ü с каловыми массами (до 0,2 л),

ü в виде водяных паров, образующихся при выдыхании воздуха из легких (около 0,4 л),

ü с потом (приблизительно 0,5 л).

С возрастом количество воды постепенно уменьшается: в теле трехмесячного плода – 95% воды, новорожденного ребенка -70%, взрослого человека -65%.

Между количеством потребляемой и выделяемой жидкости существует строгое равновесие.

Избыточное потребление воды приносит вред, т.к. способствует излишней нагрузке на сердце и повышает процессы распада белка.

Контрольные вопросы:

1. Физиологическая роль белка.

2. Белки животного и растительного происхождения.

3. Аминокислотный состав белков. Незаменимые аминокислоты. Роль ос­новных незаменимых аминокислот — триптофана, лизина, метионина.

4. Доля белков животного происхождения в питании людей различных воз­растных групп.

5. Продукты — источники белков животного и растительного происхождения.

6. Суточная потребность в белке.

7. Физиологическая роль жиров.

8. Жиры животного и растительного происхождения.

9. Жиры растительного происхождения. Доля жиров растительного проис­хождения в пищевом рационе.

10. Роль полиненасыщенных жирных кислот в питании.

11. Суточная потребность в жирах.

12. Физиологическая роль углеводов.

13. Простые и сложные углеводы, их общие свойства. Продукты — источни­ки простых углеводов.

14. Пектиновые вещества, их роль и источники.

15. Пищевые волокна, их роль и источники.

16. Физиологическая роль витаминов.

17. Водорастворимые и жирорастворимые витамины.

18. Виды недостаточности витаминов.

19. Физиологическая роль жирорастворимых витаминов (А и D).

20. Физиологическая роль водорастворимых витаминов (С и В).

21. Роль минеральных веществ в питании.

22. Физиологическая роль макроэлементов (Са, Mg, К).

23. Физиологическая роль микроэлементов (Fe, J, F).

Обмен веществ – сложный процесс, происходящий в живом организме, направленный на поддержание его жизнедеятельности и сохранение постоянства внутренней среды. Он протекает непрерывно во всех клетках и тканях организма. В результате обменных процессов образуются вещества, необходимые для построения клеток и тканей.

Обмен веществ характеризуется двумя противоположными процессами, протекающие непрерывно – ассимиляцией и диссимиляцией.

Ассимиляция – процесс синтеза необходимых организму веществ, их усвоения и использования для роста, развития и жизнедеятельности организма.

Диссимиляция – процесс, связанный с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада.

В результате процессов диссимиляции происходит освобождение энергии, заключенной в молекуле сложных органических соединений, которая используется для осуществления большинства клеточных процессов, протекающих с затратой энергии. В качестве единицы измерения расхода энергии используется джоуль или калория (1 ккал = 4,184 кДж).

Энергетические затраты человека подразделяются на нерегулируемые человеком и регулируемые.

Регулируемые: расход энергии на физическую и умственную деятельность.

Нерегулируемые: основной обмен, специфически-динамическое действие пищи.

Основной обмен – энергия на поддержание работы жизненно важных процессов (дыхание, кровообращение, пищеварение и т.д.).

Среднее значение основного обмена мужчин – 1600 ккал, у женщин – 1400 ккал.

Специфически-динамическое действие пищи – расход энергии на пищеварение и усвоение пищевых веществ.

Расход энергии на прием пищи сопровождается повышением основного обмена на 10-15% и равен 140-160 ккал.

Энергия на расщепление белков наиболее высокая и составляет 30-40% от основного обмена, жиры увеличивают основной обмен на 4-14%, углеводы – на 4-7%.

В зависимости от энергозатрат, обусловленных профессией, все население нашей страны разделено на 5 групп. В каждой группе учитывается возраст и пол:

1 группа – работники преимущественно умственного труда;

2 группа – работники, занятые легким физическим трудом;

3 группа – работники среднего по тяжести труда;

4 группа – работники тяжелого физического труда;

5 группа – работники особо тяжелого физического труда.

Энергетические затраты различных групп интенсивности труда.

Калорийность – это количество энергии, полученной человеком в результате поглощения того или иного продукта.

Калорийность пищевых продуктов указывается в расчёте на 100 г съедобной части продукта.

Все пищевые продукты в зависимости от их калорийности можно разделить на 5 групп.

1 группа. Очень большая калорийность (450-900 ккал): масло (сливочное, растительное), орехи, шоколад, халва, пирожные слоёные с кремом, свинина жирная, колбаса сырокопчёная.

2 группа. Большая калорийность (200-400 ккал): сливки, сметана, творог жирный, сыр, свинина мясная, колбасы варёные, сосиски, гуси, утки, сельдь жирная, сайра, сёмга, икра, крупы, макароны, хлеб, сахар, мёд, варенье, мармелад, конфеты помадные.

3 группа. Умеренная калорийность (100-199 ккал): творог полужирный, нежирные сорта баранины, говядины, мясо кролика, куры, яйца, ставрида, скумбрия, сардины, сельдь нежирная, осетрина.

4 группа. Малая калорийность (30-99 ккал): молоко, кефир, творог нежирный, треска, хек, судак, камбала, карп, щука, фрукты, ягоды, свёкла, морковь, зелёный горошек.

5 группа. Очень малая калорийность (менее 30 ккал): кабачки, капуста, огурцы, редис, салат, репа, томаты, тыква, перец сладкий, клюква, грибы свежие.

Вода содержит 0 ккал в 1 грамме, белки – 4 ккал в 1 г., углеводы – тоже 4 ккал в 1 г., жиры – 9 ккал в 1 г., алкоголь – 7 ккал в 1 г.

Рациональное питание – это правильно организованное и своевременное снабжение организма хорошо приготовленной питательной и вкусной пищей, содержащей оптимальные количества различных пищевых веществ, необходимых для его развития и функционирования.

Рациональное сбалансированное питание предполагает полноценность и соблюдение трех основных принципов:

· равновесие между поступающей с пищей энергией и энергией, расходуемой человеком во время жизнедеятельности;

· удовлетворение потребности организма человека в определенном количестве и соотношении пищевых веществ;

· соблюдение режима питания и условий приема пищи.

При избыточном длительном потреблении калорийной пищи часть жиров и углеводов не используется организмом непосредственно, а откладывается в виде подкожного жира, что приводите к увеличению массы тела.

Постоянное снижение калорийности пищевого рациона приводит к уменьшению массы тела, снижению работоспособности, восприимчивости к инфекционным заболеваниям.

Качественный состав пищи зависит от сбалансированности белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных солей.

Белковая часть рациона должна составлять 12-14% суточной калорийности, причем чтобы обеспечить организм полным набором незаменимых аминокислот, необходимо включить в пищевой рацион 50-60% белков животного происхождения.

Сбалансированность незаменимых основных аминокислот определяется по трем наиболее дефицитным аминокислотам: триптофану, лизину, метионину, соотношение которых составляет 1:3:3.

Жировая часть рациона должна составлять 30% суточной калорийности. Жирные ненасыщенные кислоты являются необходимой частью ежедневного пищевого рациона, причем на долю жиров животного происхождения должно приходится 70%, а на долю жиров растительного происхождения – 30%.

Оптимальным является включение 10% жирных полиненасыщенных кислот, 30% насыщенных и 60% олеиновой кислоты от общего числа жиров в пищевом рационе.

Углеводы в рационе взрослого человека должны составлять 56-58% суточной калорийности, причем полисахаридов – 83-85%, дисахаридов и моносахаридов – 17-15%.

Меньшее значение при сбалансированном питании уделяется соотношению углеводов. Наиболее сбалансированным считается включение в рацион 75% крахмала, 20% простых сахаров и 5% пектиновых веществ.

Среди минеральных веществ рекомендуется соотношение между кальцием, фосфором и магнием 1:1,3:0,5. Оптимальная сбалансированность кальция, фосфора и магния наблюдается в молоке и молочных продуктах.

Правильный режим питания чрезвычайно важен для нашего организма. Необходимо соблюдать определенный режим питания и правильно его организовывать: постоянные часы приема пищи, соответствующие интервалы между ними, распределение суточного рациона в течение дня. Принимать пищу следует всегда в определенное время не реже 3 раз в сутки: завтрак, обед и ужин. Завтрак по энергетической ценности должен составлять около 30% от общего рациона, обед – 40-50%, а ужин – 20-25%. Рекомендуется ужинать за 3 часа до сна.

Трехразовый прием пищи в общем физиологичен. Однако предпочтительнее четырехразовое питание, при котором повышается усвоение пищевых веществ, в частности белков, не ощущается чувство голода в промежутках между отдельными приемами пищи и сохраняется хороший аппетит. В этом случае энергетическая ценность завтрака составляет – 20% обед -35% полдник – 15%, ужин – 25%.

К сожалению, принимать пищу четыре раза в день получается далеко не у всех. При трехразовом питании особенно важно не допускать слишком больших перерывов между приемами пищи. Самый большой перерыв не должен превышать 6 часов.

И уж совсем недопустимо принимать пищу лишь 1-2 раза в день.

Несоблюдение режима питания может привести к серьезным нарушениям в деятельности пищеварительной системы, а также негативно сказаться на состоянии здоровья в целом.

За завтраком и обедом человек должен получить более 2/3 общего количества калорий суточного рациона, а за ужином – 1/3.

При составлении меню суточного пищевого рациона необходимо исходить из требований рационального питания, отдельные приемы пищи должны характеризоваться составом.

Завтрак должен включать: закуску, горячее блюдо, горячий напиток, кисломолочные продукты. Горячее блюдо – мясное, рыбное, крупяное, овощное. Из напитков – чай, кофе, кофейный напиток, какао, горячее молоко, кефир или ряженка.

Обед – должен восполнять основную энергию, затраченную в течение рабочего дня. Набор рекомендуемых блюд состоит из закуски, первого блюда, второго блюда – мясного или рыбного, гарнира и сладкого блюда или фруктов. Закуски необходимы для подготовки организма к перевариванию большого количества пищи. Они способствуют выделению пищеварительных соков.

В меню ужина следует включать молочные, крупяные и овощные блюда.

Использовать повторение одних и тех же блюд в течение дня не допускается.

При составлении суточного рациона питания необходимо учитывать:

1. Пол человека

2. Возраст

3. Характер трудовой деятельности

4. Климатические особенности местности

Питание играет большую роль в процессе роста и развития ребенка, имеет большое значение для его здоровья.

Недостаточное обеспечение детей младшего возраста железом, селеном, йодом, цинком, кальцием может послужить основанием для существенных нарушений в формировании интеллекта, опорно-двигательного аппарата или соединительной ткани в целом, репродуктивной сферы, снижении физической работоспособности и т. п.

Детский организм отличается от взрослого бурным развитием, ростом, высокими показателями окислительно-восстановительных процессов, положительным азотистым балансом и высокими энергозатратами.

Потребность в пищевых веществах для детей и подростков рассчитывается на основании возраста и массы тела ребенка.

Оптимальное соотношение пищевых веществ (белки, жиры, углеводы) для максимального их усвоения является равным 1:1:4.

При этом белки должны составлять около 14%, жиры – 31% и углеводы 55 % общей калорийности рациона.

В рацион ребенка необходимо включать: мясо, рыбу, яйца, творог (позволит обеспечить в полной мере организм незаменимыми аминокислотами), молоко и молочные продукты (кальций – построение костной ткани), сливочное и растительное масла (без термической обработке), фрукты, ягоды, овощи, хлеблбулочные изделия.

Большое значение в питании детей имеет режим питания.

Для детей первых лет жизни рекомендуется 5-6-разовое питание вдень, для детей дошкольного и школьного возраста – не менее 4 раз с интервалами между приемами 3,5-4 часов.

Завтрак в школе должен составлять 20%, обед – 35% от суточной потребности в пищевых веществах и энергии.

Для детей 6-летнего возраста в школах рекомендуется 3-разовое (горячий завтрак, обед и полдник) питание. При этом полдник должен составлять 10% суточной калорийности рациона.

У здорового ребенка всегда хороший, устойчивый аппетит. Поэтому ни в коем случае нельзя ребенка кормить насильно – это может вызвать у него отвращение к пище.

Не следует перекармливать детей, ибо переедание ведет к нежелательным последствиям – расстройствам пищеварения, ожирению и пр.

Нормальному становлению аппетита способствует строгое соблюдение режима дня и режима кормления, которое должно проводиться не только в одно и то же время, но и с определенной продолжительностью (завтрак, полдник и ужин – по 15 мин, обед – 30 мин).

Чтобы аппетит проявился полностью, пища должна быть знакомой ребенку – на неизвестную еду, аппетит не развивается, к ней нужно приучать постепенно. Поэтому одним из условий организации питания детей является цикличный характер меню, с изредка заменяемыми отдельными блюдами, но не всеми сразу.

Дети должны получать пищу свежей (температура 50–60°). Очень горячая и холодная пища тормозят пищеварение, могут вызвать ожоги или простудные заболевания. Регулировать температуру блюд нужно в зависимости от времени года и температуры окружающей среды. Так, летом свекольники, картофельно-крупяные супы на овощных или фруктовых отварах лучше давать охлажденными, а зимой все блюда – в теплом виде. То же касается и третьих блюд.

Запрещается использование приборов из алюминия. Алюминий – враг кальция и фосфора. Этот высокоактивный элемент легко образует химические соединения с другими веществами. Ионы алюминия способны заместить ионы кальция, являющиеся строительным материалом для костей, и вызвать тем самым серьезные изменения в кальциевом обмене, вплоть до деминерализации костной ткани. По последним данным ученых, алюминий усиливает вывод из организма цинка, что ведет к развитию слабоумия.

Ребенок должен удобно сидеть за столом, чтобы стол и стул соответствовали его росту. Он должен упираться ногами в пол и мог бы прислониться к спинке, имея опору для рук.

С 3–4 лет ребенка приучают пользоваться вилкой, с 6–7 лет – ножом.

Детей следует приучать к определенному месту за столом, чистоте, аккуратности, прививать им санитарно-гигиенические навыки – мыть руки перед едой, а при необходимости и после еды, пользоваться салфеткой и т. д.

Контрольные вопросы:

1. Что такое обмен веществ?

2. Факторы, влияющие на основной обмен.

3. Регулируемые и нерегулируемые энерготраты.

4. Основные принципы рационального питания.

5. Особенности растущего организма.

6. Роль белка животного происхождения в питании детей.

7. Роль жиров в питании детей

8. Роль углеводов в питании детей. Лактоза в питании детей первых лет жизни.

9. Особенности режима питания детей и подростков.

План лекции:

1. Значение диетпитания.
2. Основные физиологические принципы построения диет.
3. Назначение и характеристика основных лечебных диет.
4. Понятие о лечебно-профилактическом питании.

Диета – специально подобранный по количеству, химическому составу, калорийности и кулинарной обработке рацион, а также режим питания.

Диетология – учение о рациональном питании здорового и больного человека.

Диетотерапия (лечебное питание) – применение с лечебной или профилактической целью определенной диеты.

При организации лечебного питания рекомендуется вносить соответствующие коррективы в количество и качество пищевых веществ, а также в способы приготовления пищи и режим питания.

Диетическое лечение назначается врачом на определенный срок.

По его рекомендации составляется:

1. индивидуальный рацион или назначается одна из диет, предусмотренных номенклатурой диетических рационов;

2. определяет время приема пищи;

3. распределение отдельных блюд и последовательность их приема.

Лечебное диетическое питание по своему химическому составу соответствует определенным требованиям, либо отдельные продукты ограничиваются, либо вводятся в повышенном количестве по сравнению с рационом здорового человека.

При улучшении состояния здоровья диета расширяется и постепенно приближается рациону здорового человека.

Лечебные рационы включают продукты, потребляемые как в натуральном виде, так и после различной кулинарной обработки.

Основными принципами диетического (лечебного) питание является щажение (жалеть, беречь).

Различают 3 вида щажения:

· механическое:

· химическое:

· термическое.

Механическое щажение ЖКТ достигается за счет:

1. снижения содержания в пищи растительных пищевых волокон и животной соединительной ткани;

2. тепловой обработки, обеспечивающей максимальное размягчение животных и растительных тканей и исключающей образование грубой корочки;

3. измельчения продуктов и придание пищи нежной консистенции.

Химическое щажение достигается:

1. путем исключения продуктов, содержащих сильные химические раздражители (алкоголь, газированные напитки, поваренная соль, кофеин натурального кофе и чая, эфирные масла лука, чеснока, петрушки, редьки и т.п.);

2. специальной кулинарной обработкой продуктов с целью удаления из них веществ, являющихся химическими раздражителями;

3. предотвращением образования этих веществ в процессе приготовления пищи.

Специальными приемами кулинарной обработки продуктов являются:

– извлечение из мяса и рыбы экстрактивных веществ (отварирование продуктов в воде);

– удаление из некоторых овощей эфирных масел;

– исключение процессов обжаривания и запекания.

Термическое щажение – это исключение из пищи сильных термических раздражителей, т.е. очень холодной или очень горячей пищи. Температура горячей пищи не должна превышать 60С, а холодной должна быть не ниже 15С.

При назначении той или иной диеты необходимо учитывать и общее воздействие различных продуктов и блюд.

Например: быстро покидают желудок молоко, молочные продукты, яйца всмятку, фрукты и ягоды. Медленно усваивается – хлеб, тугоплавкие жиры, жареное мясо, бобовые.

Выраженное сокогонное действие оказывают сыр, специи, соки, капуста, огурцы, копчености. Слабое сокогонное действие оказывают молочные продукты, вареные овощи и фрукты, отварное мясо, морковь, зеленый горошек.

Послабляющее действие оказывает чернослив, растительное масло, сорбит, холодные овощные соки, сладкие напитки, кефир, холодная минеральная вода, овощи и фрукты, хлеб из муки грубого помола.

Закрепляющее действие оказывает – горячие блюда, кисель, рисовая и манная каши, мучные блюда, яйца всмятку, крепкий чай, какао, кофе и шоколад.

В диетическом питании большое значение имеет режим питания. Рекомендуется увеличивать число приема пищи до 5-6 раз и уменьшать промежутки между приемами пищи.

Характеристика диет включает:

1. показания и цель назначения;

2. основные особенности химического состава продуктов;

3. энергетическая ценность и химический состав пищевого рациона;

4. режим питания;

5. перечень допустимых или противопоказанных блюд и продуктов и некоторые способы их приготовления.

Существует несколько основных диет.

Диета №1.Показания: язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, хронический гастрит, преимущественно с сохранённой или повышенной секреторной функции желудочных желез, после перенесенной операции на желудке.

Диета 1 состоит из 3 рационов – позволяет осуществлять постепенный переход от строгих ограничений к более расширенному питанию.

Цель – умеренно щадить желудок, уменьшить воздействие секреторной и моторной деятельности желудка, стимулировать восстановление слизистой оболочки.

Химический состав и энергоценность: калорийность 3000-3200 ккал, белки – 100г, жиры – 100г, углеводы – 400-450г; поваренная соль – 10-12г.

Кулинарная обработка – преимущественно протертые, в отварном и паровом виде; температура горячих блюд – 57-65С, холодных – не ниже – 15С.

Режим питания – при обострении болезни – 6-7 раз, в остальных случаях – 5-6 раз.

Исключаемые продукты и блюда: ржаной и любой свежий хлеб, изделия из сдобного теста; мясные и рыбные бульоны, щи, борщи, крепкие овощные отвары; жирные сорта мяса, птицы, рыбы, солёная рыба, консервы; молочные продукты с высокой кислотностью; пшено, перловая, ячневая и кукурузная крупы, бобовые; белокочанная капуста, редька, щавель, лук, огурцы; солёные, квашеные и маринованные овощи, грибы; кислые и богатые клетчаткой фрукты и ягоды.

Рекомендуемые продукты и блюда: хлеб пшеничный вчерашней выпечки или подсушенный, сухое печенье, бисквит; супы из протёртых овощей, молочные супы из протёртых круп; нежирные мясо, птица, рыба, паровые или отварные блюда из них; молоко, сливки, некислые кефир, простокваша, творог; картофель, морковь, свёкла, цветная капуста; крупы манная, рисовая, гречневая, овсяная; сладкие ягоды и фрукты в протёртом, варёном и печёном виде.

Диета № 2. Показания: хронический гастрит с секреторной недостаточностью, острые гастриты в период выздоровления, хронические энтериты и колиты после обострения. Общая характеристика: физиологически полноценная диета с умеренным механическим щажением и умеренной стимуляцией пищеварительных органов. Химический состав и энёргоценность: белки — 90 —100 г (60 % животные), жиры—90 —100 г (25 % растительные), углеводы—400—420 г; 2800—3000 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: хлеб пшеничный, несдобные булочные изделия и печения; супы на некрепком обезжиренном мясном и рыбном бульоне, на отварах из овощей, с протёртыми крупами, вермишелью, при переносимости — борщи, щи из свежей капусты; нежирные сорта мяса, птицы, рыбы, язык отварной, сосиски молочные; молоко, сливки, кисломолочные напитки, свежий творог, сыр, сметана, различные каши, кроме пшённой и перловой; картофель, морковь, свёкла, кабачки, капуста; мягкие зрелые фрукты и ягоды, мандарины, апельсины, арбуз, виноград без кожицы, ирис, мармелад, пастила, зефир, сахар, мёд, джемы, варенье.

Исключаемые продукты и блюда: свежий хлеб и мучные изделия из сдобного теста; гороховый, фасолевый супы; жирные сорта мяса, птицы, копчёности, консервы, жирная, солёная, копчёная рыба; сырые непротёртые и маринованные овощи, соленья, лук, редька, редис, сладкий перец, огурцы, чеснок, грибы; грубые сорта фруктов и ягод в сыром виде, изделия из шоколада и с кремом.

Диета № 3. Показания: хронические заболевания кишечника с запорами. Общая характеристика: физиологически полноценная диета с включением продуктов и блюд, стимулирующих опорожнение кишечника. Химический состав и энергоценность: белки —90— 100 г (55% животные), жиры—100—120 г (30—40% растительные), углеводы—420— 450 г; 2800—3200 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: хлеб из муки грубого помола вчерашней выпечки; супы преимущественно овощные; нежирные сорта мяса, рыбы, птицы; кисломолочные напитки; крупы гречневая, пшённая, ячневая в виде рассыпчатых каш; свёкла, морковь, томаты, огурцы, кабачки, тыква, цветная капуста; сырые свежие сладкие фрукты и ягоды в повышенном количестве, мёд, варенье, мармелад, размоченные сухофрукты (чернослив, урюк, инжир); отвар шиповника и пшеничных отрубей, фруктовые и овощные соки.

Исключаемые продукты и блюда: хлеб из муки высших сортов, сдобные булочные изделия; жирные сорта мяса, рыбы, птицы; копчёности, консервы; рис, манная крупа, вермишель, бобовые; редька, редис, чеснок, лук, грибы; кисель, черника, айва, шоколад, изделия из крема, острые и жирные соусы, хрен, горчица, перец, какао, крепкий чай, животные и кулинарные жиры.

Диета № 4. Показания: острые заболевания и обострение хронических заболеваний кишечника с сильными поносами. Общая характеристика: диета пониженной за счёт жиров и углеводов энергоценности. Химический состав и энергоценность: белки — 90 г, жиры —70 г, углеводы —250 г; 2000 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: сухари пшеничные, супы на обезжиренном слабом мясном или рыбном бульоне с добавлением слизистых отваров манной или рисовой круп; нежирные сорта мяса и рыбы в виде паровых котлет или фрикаделек; свежий пресный творог, протёртые каши — рисовая, овсяная, гречневая; овощные отвары в виде добавок к супам; кисели из черники, айвы, груш, протёртые сырые яблоки, зелёный чай, чёрный кофе, отвары шиповника, сушёной черники, чёрной смородины.

Исключаемые продукты и блюда: хлебобулочные и мучные изделия; супы с крупой и овощами, крепкие и жирные бульоны; жирные сорта мяса, рыбы, птицы; копчёности, консервы; молоко и молочные продукты; пшено, перловая и ячневая крупы, макаронные изделия, бобовые; овощи, фрукты и ягоды в натуральном виде; все сладости; кофе и какао с молоком, газированные и холодные напитки.

Диета № 5. Показания: острые гепатиты и холециститы в стадии выздоровления, хронический гепатит, холецистит и желчнокаменная болезнь вне обострения, цирроз печени без её недостаточности. Общая характеристика: физиологически нормальное содержание белков и углеводов при ограничении тугоплавких жиров, азотистых экстрактивных веществ и холестерина. Все блюда готовят в варёном виде или на пару. Химический состав и энергоценность: белки —100 г, жиры — 80—90 г (30 % растительные), углеводы — 400—450 г; 2800—3000 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: хлеб любой вчерашней выпечки; супы овощные, крупяные, молочные, борщи и щи вегетарианские; нежирные сорта мяса, рыбы, птицы; молочные продукты невысокой жирности; крупы любые; различные овощи, фрукты и ягоды.

Исключаемые продукты и блюда: свежий хлеб, сдобные булочные изделия; мясные, рыбные и грибные бульоны, окрошки, щи зелёные; жирные сорта мяса, птицы, рыбы; копчёности, консервы; сливки, молоко 6-процентной жирности; бобовые, щавель, редис, лук зелёный, чеснок, маринованные овощи; шоколад, изделия с кремом, чёрный кофе, какао; свиное, говяжье и баранье сало, кулинарные жиры.

Диета № 6. Показания: подагра, мочекаменная болезнь (уратурия). Общая характеристика: исключение продуктов, содержащих много пуринов, щавелевой кислоты, некоторое ограничение белков, жиров и углеводов, хлористого натрия, увеличение количества ощелачивающих продуктов и свободной жидкости.

Рекомендуемые продукты и блюда: хлеб любой из муки 1-го и 2-го сорта; супы вегетарианские любые; нежирные сорта мяса, рыбы, птицы; молочные продукты, любые крупы; овощи, фрукты и ягоды в повышенном количестве сырые и любой кулинарной обработки, мармелад, пастила, варенье, мёд.

Исключаемые продукты и блюда: мясные, рыбные и грибные бульоны, супы из щавеля, бобовых; печень, почки, язык, колбасы, копчёности, солёная рыба; солёные сыры, бобовые, солёные и маринованные овощи; шоколад, малина, клюква, какао, крепкие чай и кофе; говяжий, бараний и кулинарные жиры.

Диета № 7. Показания: острый нефрит в период выздоровления, хронический нефрит вне обострения. Общая характеристика: ограничение белков и хлорида натрия, исключение экстрактивных веществ. Химический состав и энергоценность: белки —70 г, жиры — 80 г, углеводы 350—400 г; 2500—7.700 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: бессолевой хлеб; супы вегетарианские любые; нежирные сорта мяса, птицы и рыбы, молочные продукты; различные крупы; картофель и овощи; фрукты и ягоды; отвар шиповника.

Исключаемые продукты и блюда: хлеб обычной выпечки, мясные, рыбные и грибные бульоны; жирные сорта мяса, рыбы, птицы; колбасы, копчёности, консервы, солёная рыба, сыры; бобовые, лук, чеснок, редис, щавель, грибы; солёные, маринованные и квашеные овощи; шоколад, крепкий кофе, какао.

Диета № 9. Показания: сахарный диабет лёгкой и средней тяжести. Общая характеристика: диета с умеренно сниженной за счёт легкоусвояемых углеводов и животных жиров энергоценностью с исключением сахара и сладостей и применением ксилита и сорбита. Химический состав и энергоценность: белки — 90—100 г, жиры —75—80 г (30 % растительные), углеводы 300—350 г (полисахариды); 2300—2500 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: ржаной, пшеничный, белково-отрубяной, белково-пшеничный хлеб, несдобные мучные изделия; любые овощные супы, нежирные мясные и рыбные бульоны; нежирные сорта мяса, рыбы, птицы; молоко, кисломолочные продукты, нежирные творог и сыры; крупы гречневая, ячневая, пшённая, овсяная, перловая; бобовые, картофель и овощи; свежие фрукты и ягоды кисло-сладких сортов.

Исключаемые продукты и блюда: изделия из сдобного теста; крепкие и жирные бульоны; молочные сыры; жирные сорта мяса, рыбы, птицы, колбасы, солёная рыба; солёные сыры, сливки, сладкие творожные сырки; рис, манная крупа, макаронные изделия; солёные и маринованные овощи; виноград, изюм, сахар, варенье, конфеты, сладкие соки, лимонады на сахаре; мясные и кулинарные жиры.

Диета № 10. Показания: заболевания сердечнососудистой системы с недостаточностью кровообращения. Общая характеристика: небольшое снижение энергоценности за счёт жиров и углеводов, ограничение хлорида натрия и веществ, возбуждающих сердечнососудистую и нервную системы. Химический состав и энергоценность: белки —90 г (55— 60% животные), жиры—70 г (25—30% растительные), углеводы —350—400 г; 2500— 2600 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: хлеб вчерашней выпечки, несдобные печенье и бисквит; любые вегетарианские супы; нежирные сорта мяса, рыбы, птицы; молоко, кисломолочные напитки и творог; блюда из различных круп, отварные макаронные изделия; овощи в отваренном и запечённом виде, мягкие спелые фрукты и ягоды, мёд, варенье.

Исключаемые продукты и блюда: свежий хлеб, изделия из сдобного теста; супы из бобовых, мясные, рыбные и грибные бульоны; жирные сорта мяса, рыбы, птицы; печень, почки, копчёности, колбасы; солёная рыба, солёные и жирные сыры; бобовые, солёные, маринованные и квашеные овощи, плоды с грубой клетчаткой; шоколад, крепкий чай, кофе и какао.

Диета № 11. Показания: туберкулёз лёгких, костей, лимфатических узлов, суставов при нерезком обострении или затухании; истощение после инфекционных болезней, операций, травм. Общая характеристика: диета повышенной энергоценности с преимущественным увеличением белков, особенно молочных, витаминов и минеральных веществ. Химический состав и энергоценность: белки — 110—130 г (60 % животные), жиры—100— 120 г, углеводы 400—450 г; 3200—3500 ккал.

Рекомендуемые и исключаемые продукты и блюда: используются практически любые пищевые продукты и блюда, за исключением очень жирных сортов мяса и птицы, бараньего, говяжьего и кулинарного жиров, а также тортов и пирожных с большим количеством крема.

Диета № 13. Показания: острые инфекционные заболевания. Общая характеристика: снижение энергоценности преимущественно за счёт жиров и углеводов с повышением содержания витаминов. Химический состав и энергоценность: белки—75—80 г (60—70% животные), жиры —60—70 г, углеводы 300— 350 г; 2200—2300 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: хлеб пшеничный подсушенный; обезжиренные мясные и рыбные бульоны, супы на овощном отваре, слизистые отвары из круп; нежирные сорта мяса, птицы, рыбы; молочнокислые напитки, творог; протёртые каши из риса, манной и гречневой круп, картофель; морковь, свёкла, цветная капуста, спелые томаты; спелые мягкие фрукты и ягоды; отвар шиповника, сахар, мёд, варенье, джем, мармелад.

Исключаемые продукты и блюда: ржаной и любой свежий хлеб, сдоба; жирные бульоны, щи, борщи; жирные сорта мяса, птицы, рыбы, колбасы, копчёности, солёная рыба, консервы; цельное молоко и сливки, жирная сметана, сыры, пшено, перловая и ячневая крупы, макароны; белокочанная капуста, редис, редька, лук, чеснок, огурцы, бобовые; плоды, богатые клетчаткой; шоколад, пирожные, какао.

Диета № 14. Показания: мочекаменная болезнь (фосфатурия). Общая характеристика: физиологически полноценное питание с ограничением ощелачивающих и богатых кальцием продуктов. Химический состав и энергоценность: белки—90 г, жиры—100 г, углеводы —400 г; 2800—3000 ккал.

Рекомендуемые продукты и блюда: различные виды хлеба и мучных изделий; супы и бульоны (мясные, рыбные, крупяные); мясо и рыба; любые крупы; зелёный горошек, тыква, грибы; кислые сорта яблок и ягод; сахар, мёд, кондитерские изделия.

Исключаемые продукты и блюда: молочные, овощные и фруктовые супы; копчёности, солёная рыба; молочные продукты; картофель, овощи и плоды, кроме названных выше; фруктовые, ягодные и овощные соки, мясные и кулинарные жиры.

Диета № 15. Показания: различные заболевания, не требующие специальных лечебных диет. Общая характеристика: физиологически полноценное питание с исключением труднопереваримых и острых продуктов и введением витаминов в повышенных количествах. Химический состав и энергоценность: белки — 90—95 г, жиры—100—105 г, углеводы — 400 г; 2800—2900 ккал.

Рекомендуемые и исключаемые продукты и блюда: используются практически любые продукты и блюда за исключением жирных сортов мяса и птицы, тугоплавких животных жиров, перца и горчицы.

Лечебно-профилактическое питание – это питание лиц, работающих в условиях неблагоприятного воздействия производственной среды, например токсических химических веществ, а также физических факторов.

Цель лечебно-профилактического питания:

§ повысить защитные функции физиологических барьеров организма (печени, кожи, слизистой желудочно-кишечного тракта и верхних дыхательных путей);

§ предотвратить проникновение вредных химических или радио- активных веществ;

§ способствовать усилению процессов связывания и выведения ядов и их продуктов обмена.

В соответствии с Трудовым кодексом Российской Федерации на вредных производствах бесплатно выдают горячий завтрак, молоко или кисломолочные продукты, витамины.

В настоящее время используется восемь рационов, в соответствии с основными группами производственных вредностей.

Горячий завтрак выдается перед началом работы, калорийность его составляет 40-50 % от суточной нормы.

Рацион № 1предназначен для рабочих и служащих, контактирующих с радиоактивными веществами, источниками ионизирующих излучений и на производстве лопаритовых концентратов (руда редкоземельных элементов).

В рацион вводятся пищевые вещества, обладающие радиопротекторным действием (повышающие устойчивость организма к радиоактивным веществам) – серосодержащие аминокислоты цистин и метионин (творог, сыр, нежирная рыба, мясо кролика).

Включают также вещества для связывания и выведения из организма радиоактивных веществ – пектиновые вещества (свекла, морковь, яблоки, персики, абрикосы). А также липотропные вещества для защиты печени.

Рацион содержит: белков – 59 г, жиров – 51 г, углеводов – 159 г. Дополнительно вводят 150 мг витамина С.

Рацион № 2предназначен для рабочих и служащих, контактирующих с серной и азотной кислотами, щелочными металлами, соединениями хлора и фтора, фосфорорганическими соединениями.

Профилактическая направленность рациона обеспечивается поступлением полноценных белков мяса, рыбы, молока; полиненасыщенными жирными кислотами растительных масел, витаминами и минеральными веществами за счет включения большого количества овощей, фруктов, зерновых продуктов. Они тормозят накопление в организме вредных химических веществ.

Рацион содержит: белков – 63 г, жиров – 50 г, углеводов – 185 г. Дополнительно вводится 2 мг витамина А и 100 мг витамина С.

Рацион № 2апредназначен для рабочих и служащих, контактирующих с хромом и хромосодержащими соединениями.

Рацион оказывает влияние на регуляторные системы организма (нервную и эндокринную). Рацион должен обеспечивать гипоаллергенную направленность.

В рацион должны входить белки с повышенным содержанием серосодержащих аминокислот: лецитины (мясо кролика, печень, нерафинированные растительные масла, сметана, сливки); витамины С, Р, А, Е; соли Са, Mg, серы; продукты щелочной ориентации (молоко, овощи, фрукты, ягоды).

Рацион содержит: белков – 52 г, жиров – 63 г, углеводов – 156 г. Дополнительно вводится витамин С – 150 мг, витамин А – 2 мг, РР – 15 мг, 100 мл минеральной воды «Нарзан».

Рацион № 3предназначен для работников, контактирующих с неорганическими и органическими соединениями свинца.

Рацион должен содержать молочные и кисломолочные продукты, большое количество овощей, фруктов и ягод, фруктовых соков с мякотью, содержащих пектин. Овощи и фрукты рекомендуется использовать без тепловой обработки. В рационе увеличено содержание белков, углеводов с ограниченным содержанием жира.

Рацион содержит: белков – 64 г, жиров – 52 г, углеводов – 198 г. Дополнительно – 150 мг аскорбиновой кислоты.

Рацион № 4предназначен для рабочих и служащих, контактирующих с нитро- и аминосоединениями бензола, хлорированными углеводородами, азотокрасителями, мышьяком, ртутью, стеклопластиком, работающих при повышенном атмосферном давлении.

Назначение рациона – защита печени и кроветворных органов.

Рацион содержит продукты, богатые липотропными веществами (молочные продукты – творог, растительные масла), благотворно влияющие на функцию печени и кроветворный аппарат. Ограничено количество жира, крепких бульонов, соусов и подлив, копченостей и солений.

Рацион содержит: белков – 65 г, жиров – 45 г, углеводов – 181г. Дополнительно включают 150 мг витамина С, при работах с мышьяком и ртутью – 4 мг витамина В.

Рацион № 4апредназначен для работников, контактирующих с фосфорной кислотой, фосфорным ангидритом, фосфором и его производными.

Рацион должен содержать большое количество овощей и белков животного происхождения.

В рационе резко сокращаются жиры, вместо молока рекомендуются молочнокислые напитки, что способствует снижению всасывания фосфора.

Рацион содержит: белков – 54 г, жиров – 43 г, углеводов – 200 г с дополнительным включением витамина С – 100 мг, витамина В – 2 мг.

Рацион № 4бпредназначен для работников, контактирующих с опасными химическими веществами, такими как аниминовыми и толуиндиновыми производными, динитрохлорбензолом и ди нитротолуолом.

Действие данного рациона связано с предотвращением проникновения этих токсических веществ в организм работающих. В рацион включаются разнообразные растительные компоненты и витамины, а также глутаминовая кислота. Все эти вещества обладают дезинтоксикационным действием.

Рацион содержит: белков – 56 г, жиров – 56 г, углеводов – 164 г, витамина С – 150 мг, витамина В, – 2 мг, В₂ – 2 мг, В₆ – 3 мг, РР – 20 мг, Е – 10 мг, глутаминовой кислоты – 500 мг.

Рацион № 5предназначен для работающих с углеводородами, сероуглеродом, фосфорорганическими пестицидами, полимерными и синтетическими материалами, марганцем.

Профилактическая направленность рациона – защита нервной системы и печени. С этой целью в рацион включают продукты, богатые лецитином, полиненасыщенными жирными кислотами, полноценными белками (нежирный творог как источник метионина, нежирное мясо, рыба, яйца).

Дополнительно включают витамины группы В – 2,0 мг, аскорбиновую кислоту – 150 мг. Рацион содержит: белков – 58 г, жиров – 53 г, углеводов – 172 г.

Витамины, которые должны включаться в горячие завтраки, добавляют в виде водных растворов в третье блюдо (витамин С и витамины группы В, глутаминовая кислота), витамины А и Е в масляных растворах — в гарниры вгорых блюд или салаты. На работах с вредными условиями труда выдаются бесплатно по установленным нормам молоко и другие равноценные пищевые продукты. Молоко работникам выдается для профилактики воздействия конкретного неблагоприятного производственного фактора (вещества). Существует перечень таких веществ, утвержденный Правительством РФ. Норма бесплатной выдачи молока составляет 0.5 л за смену. Выдача молока проводится работникам только в дни фактической занятости на этом производстве. Вместо молока возможна выдача кисломолочных напитков (кефир, ацидофилин, йогурты с пониженным содержанием жира).

Контрольные вопросы:

1. Роль диетического питания в лечении различных заболеваний. Номер­ная система лечебного питания.

2. Принципы лечебного питания. Методы щажения. При каких заболевани­ях они применяются?

3. Механический метод щажения.

4. Термический метод щажения.

5. Особенности режима питания при различных заболеваниях по сравне­нию с режимом рационального питания.

6. Роль лечебно-профилактического питания в защите организма при рабо­те с вредными веществами.

7. Рационы, применяемые в лечебно-профилактическом питании (номера рационов, их характеристики).

Список рекомендуемой литературы

1. Закон РФ «О защите прав потребителей» 2009г.

2. Закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» 1999г.

3. Закон РФ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» 2000г

4. СП 2.3.6. 1079-01 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям общественного питания, изготовлению и оборотоспособности в них продуктов и продовольственного сырья»

5. СанПиН 2.3.2. 1324-03 «Гигиенические требования к срокам годности и условиям хранения пищевых продуктов»

6. ГОСТ Р 50763-2007 «Услуги общественного питания. Продукция общественного питания, реализуемая населению. Общие технические условия»

7. СанПиН 2.3.2.1078-01 Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.

8. Е.А. Рубина, В.Ф. Малыгина. Микробиология, физиология питания, санитария. М. «Форум», 2021г.

9. Е.А. Рубина Санитария и гигиена питания. М. «Академия», 2021

10. В.А. Доценко. Практическое руководство по санитарному надзору за предприятиями пищевой и перерабатывающей промышленности, общественного питания и торговли. СПб ГИОРД, 2009г.

11. В.М. Позняковский. Гигиенические основы питания, безопасность и экспертиза пищевых продуктов. Сибирское университетское издательство. Новосибирск, 2009 г.