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铁路信号

[拼音]:tielu xinhao

[外文]:railway signaling

用特定的物体(包括灯)的颜色、形状、位置,或用仪表和音响设备等向铁路行车人员传达有关机车车辆运行条件、行车设备状态以及行车的指示和命令等信息。目前,人们对铁路信号有不同的理解。有人把铁路信号广义理解为:保证铁路行车安全的技术和设备;有人狭义理解为:用于向行车人员指示行车条件的符号;有人则认为:铁路信号是铁路上信号显示、联锁、闭塞设备的总称。

铁路信号主要功能是保证铁路行车安全。随着铁路信号技术的发展和铁路信号的广泛应用,铁路信号也成为提高铁路区间和车站通过能力、增加铁路运输经济效益、改善铁路员工劳动条件的一种现代化科学管理手段和技术。

发展简况

1825年,世界上第一列列车在英国运行时用一人持信号旗骑马前行,引导列车前进。1832年,美国在纽卡斯尔-法兰西堂铁路线上开始使用球形固定信号装置,以传达列车运行的消息。如列车能准时到达则悬挂白球,如晚点则挂黑球。这种信号机每隔5公里安装1架。铁路员工用望远镜了望,沿线互传消息。1839年,英国铁路开始用电报传递列车运行消息。1841年英国铁路出现了臂板信号机。1851年英国铁路用电报机实行闭塞制度。1856年,J.萨克斯贝发明机械联锁机。1866年,美国利用轨道接触器检查闭塞区间有无机车车辆。1867年,出现点式自动停车装置,这种装置能强迫列车在显示停车信号的信号机前停车。1872年美国人W.鲁宾逊发明了闭路式轨道电路。1923年,美国铁路研制了车内信号,并于1925年正式应用于铁路。1925年,美国铁路协会(AAR)决定:美国各铁路公路平交道口必须装设标准化防护设备。此后,铁路公路平交道口防护设备发展起来。1927年,美国铁路采用了调度集中控制装置。随着电子计算机的出现和发展,调度集中控制正向着行车指挥自动化的方向发展;列车运行正向着列车自动控制和列车自动驾驶的方向发展。

中国铁路于1907年在大连-长春线路间开始装设臂板信号机。1924年,开始使用色灯信号机。1949年中华人民共和国成立后,铁路信号有了较快的发展。1951年,在京广线的衡阳车站装设了中国自己设计、自己制造、自己施工的进路继电式集中联锁。此后在全国的铁路线上相继装设了半自动闭塞、自动闭塞、车站电气集中联锁、调度集中控制和调度监督等设备,并建成机械化和半机械化驼峰调车场。此外,在北京的地下铁道上还成功地装设了行车自动指挥和列车自动控制系统。

分类

铁路信号按人的感觉可分为视觉信号和听觉信号。视觉信号是以物体(包括灯)的形状、颜色、位置、数目等显示信号;听觉信号是利用号角、笛、响墩等发出的音响表示信号。按功能可分为行车信号和调车信号。行车信号用于指挥列车运行;调车信号用于指挥调车。按结构可分为臂板信号和色灯、灯列信号。按显示制式可分为选路制信号和速差制信号。选路制信号是用臂板位置或灯光的颜色特征来表示列车的站线进路;速差制信号是用臂板位置或灯光的颜色特征、数目来表示列车运行应采取的速度。按设置地点可分为铁路车站信号、铁路区间信号、铁路行车指挥自动化和列车运行自动化等。

铁路信号设备包括:

(1)信号机。包括固定信号机和移动信号机。其中固定信号机有主体信号机(主要是进站信号机、出站信号机、通过信号机、遮断信号机、进路信号机、调车信号机、防护信号机、驼峰信号机等)、辅助信号机(预告信号机、复示信号机、驼峰复示信号机等)和附加信号设备(引导信号和容许信号等);移动信号机主要有停车信号机、减速信号机和减速终了信号机等。此外,在不能使用信号机或没有装设信号机的地方,有时也用手信号(手旗、手灯)显示信号;在特殊情况下也用响墩、火炬、汽笛等表示信号。

(2)表示器。用于补充说明信号的意义,包括发车表示器、调车表示器、进路表示器、发车线路表示器、道岔表示器、脱轨表示器、车挡表示器、水鹤表示器等。

(3)标志。用于说明设备的状态,包括警冲标、站界标、预告标、引导员接车、地点标、放置响墩地点标、司机鸣笛标、作业标、减速地点标、补机终止推进标、机车停车位置标等。

技术和设备

现代铁路信号应用自动控制、远程控制的技术原理和设备,形成了包括区间信号、车站信号、行车指挥自动化、列车运行自动化,以及驼峰调车控制、铁路道口防护等完善的信号系统。

区间信号

为了保证单线区间的行车安全,早期采用时间间隔法,即开行第一列列车后间隔一定时间才准许开行第二列列车。但是第一列列车由于某种原因不能准时到达或中途停车时,往往会造成行车事故。后来,采用空间间隔法,即在一个区间或分区内,同时只准一列列车占用运行的方法,这种方法又称为闭塞法。在用人工方法办理闭塞手续时,列车司机必须获得办妥闭塞手续的凭证才能开车。这种行车凭证可以是路票、路签或路牌。人工闭塞的进一步发展,是利用轨道电路而构成的半自动闭塞和自动闭塞,列车占用区间或分区的凭证是出站信号机或通过信号机的准许显示,它不仅保证行车安全,而且不需授受路签,可大大提高区间行车效率。此外,还将地面信号引入机车驾驶室内,形成易于了望的车内信号;在和公路平面交叉道口安设面向公路的道口防护以及防护报警等。

车站信号

在车站内股道很多,进路交叉复杂,为了保证站内行车安全,指挥机车车辆运行的信号必须同有关道岔、进路之间有一定的操作顺序和制约关系。这种关系称为联锁。早期,车站内的信号机和道岔是用人力单独操纵的。当车站范围较大、运行较繁忙时,人们就把车站内的信号机和道岔的操纵握柄集中在一个地方操作,制成了机械联锁机。轨道电路的应用,以及电力等能源的应用,由机械联锁发展成为机电联锁、电气联锁等,现在已经广泛使用继电集中联锁。最近又出现了允许车列溜放,保持退路安全的平面调车控制和节省人力、电缆的车站信号遥控遥信系统。此外,还在研制计算机联锁。

行车指挥自动化

主要是调度集中控制。由调度所直接控制远距离的一个大站或一个枢纽、一个区段内的信号机和道岔,并监督行车设备动作和列车运行情况,以指挥列车运行。只用来监督行车设备动作和列车运行,以便帮助调度员了解情况,发出调度命令的设备称为调度监督。列车在区间运行都是按照运行图规定的计划到达和离开沿途各车站的。当运行中的列车发生故障或受到外界干扰而不能按计划运行时,列车长或有关车站值班员就要随时报告调度员,以便及时调整运行计划。电子计算机的应用可及时收集贮存行车有关设备和列车运行状态的信息,并由计算机进行判断处理,及时向列车发出指挥命令,同时适当地控制铁路信号机和进路,调整列车运行计划,从而实现铁路行车指挥自动化。这样就有必要自动采集车号(见铁路车号采集系统)。

列车运行自动化

在列车发生冒进信号危险时,能迫使列车自动停车的装置,称为列车自动停车设备。这种设备有点式和连续式两种。点式停车设备只在沿线某些固定地点向列车传递信息,必要时迫使列车停车;而连续式自动停车设备是连续地从地面向列车传递信息,使停车设备处于随时都能动作的状态。连续式自动停车设备能自动作用于机车上的速度控制设备,使列车降低速度运行甚至停车,这就称为列车自动控制。当列车上应用电子计算机后,列车起动、行驶、调速和停车都可实现自动控制,而司机只起监督作用。这样就实现了列车运行自动化。

驼峰调车控制

在铁路运输网中,改善编组场的解编能力,对加速车辆周转,降低运输成本有极大的意义。驼峰编组场利用驼峰的坡度,使各种去向的车组凭本身重力分别溜向峰下分路编组线路。溜放过程中采用车辆调速设备和峰下道岔的自动控制设备进行控制,要求不溜错道,挂钩不撞坏车辆,减少翻钩整理时间。这样,车辆的行程和作业时间将会大大缩短。1924年美国首先建成用减速器进行对溜放车辆调速的机械化驼峰编组场。自电子计算机问世后出现了半自动化和自动化驼峰编组场。1953年驼峰编组场开始采用模拟计算机进行钩车的制动和控制。60年代初期在驼峰编组场开始采用电子数字计算机。现代化的驼峰编组场除采用电子计算机外,还常设置有线电话、无线电话、电传打字机、气动传递管道和闭路电视等设备,以加速站内技术作业。

铁路道口防护

在铁路与公路平面交叉处,为了保证列车运行和公路交通的安全,必须将列车接近平交道口的消息及时发出,并遮断公路交通。这种保证平交道口安全的措施称为道口防护。道口防护设备有由看守人员人工控制的和由列车自动控制的两类。列车自动控制的道口防护设备有带闪光信号的道口自动信号机和自动栏木。

防护报警

当铁路的线路、车辆发生危及列车安全运行时,能自动报警,引起人们注意,以便及时采取措施的设备,通常称为防护报警。这类设备在线路方面有报告落石、坍方、雪崩、洪水等的检测设备;在车辆方面有报告热轴的轴温探测装置;在驼峰上有检查车辆下部轮廓大小的限界检查器等;在大桥或车站附近有检查车辆下部有无拖挂器件的检查设备。

可靠性和故障-安全原则

铁路信号故障-安全原则是设备或电路发生故障时,使其后果导向安全或事先报警缩小危险面的原则。铁路信号的可靠性是指信号设备在规定条件和规定时间内,完成规定功能而不发生失效的概率。可靠性评价指标主要有可靠度、故障率、平均故障时间、故障平均间隔时间、可养度、平均修复时间、可用性等。铁路信号故障-安全原则包括:

(1)防止信号设备的错误操纵,如采用的各种联锁和闭塞技术等;

(2)故障后使功能软化或降级使用技术,如自动闭塞中绿灯烧坏改亮黄灯等;

(3)应急顶替,如电源故障时利用备用蓄电池供电;

(4)检测、报警和预防性养护技术;

(5)冗余技术,如用多重设备;

(6)降低使用应力,如信号灯泡的降压使用等技术。

发展趋势

铁路信号在元部件制造方面正向着小型化、固态化和高可靠性发展;在设计方面向着故障自动检测、自动诊断、高可用度、与计算机或微处理机相结合的方面发展;在安装施工方面正向着模块化和工厂施工化的方向发展;在使用方面正向着无维修或少维修、高度自动化或智能化的方向发展。

参考书目
  1. Union Switch Signal Division,American StandardInc., The Search for safety,1981.
  2. General Railway Signal Co., Element of Railway Signaling,1979.

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