Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

На железной дороге Ярмут – Норидж в Англии телеграф впервые был использован для управления поездами в 1844 году, а на Большой западной – в 1847 году. На американских дорогах телеграф распространялся медленно. Когда Чарльз Майнот (1810–1866), управляющий железной дорогой Нью-Йорк – Эри, в 1849 году предложил построить телеграфную линию для управления движением, он лишь с большим трудом получил одобрение директоров компании. Американские железнодорожники в первое время не признавали телеграф. Англичанин, посетивший Америку, в статье для London Quarterly Review в июне 1854 года отметил редкость телеграфных линий вдоль железных дорог и сделал вывод, что поездки в США намного опаснее, чем в Англии.

Сигнал централизованно привязывался к стрелочному переводу таким образом, что поезд не мог получить разрешение следовать вперед, если стрелка не находилась в нужном положении. В 1850-х годах британцы изобрели централизационный аппарат, который не позволяет оператору в центре управления перевести стрелку, не включив сигнал. Впервые такие аппараты были использованы на железной дороге, связавшей Лондон, Чатем и Дувр, в 1856 году. До этого оператор переводил стрелку и менял сигнал вручную. При этом ошибки не были редкостью и могли привести к катастрофе. На Пенсильванской железной дороге впервые установили ручную систему блок-сигнализации в 1864 году. Принцип этой системы был следующим: для управления движением дорога делилась на отдельные перегоны – блоки, каждый из которых мог быть длиной одна или несколько миль. На обоих концах каждого блока устанавливались сигналы, контролируемые оператором, чтобы управлять поездами, подходящими с любого направления на один путь. Когда поезд въезжал на свободный блок, оператор устанавливал сигналы так, чтобы не допустить на него другой поезд, и телеграфировал оператору на другом конце блока, который устанавливал сигнал, не допускающий на этот перегон поезд с другого направления. Первый сигнальщик также уведомлял оператора на том конце блока, с которого пришел поезд, и тот менял сигнал на «чисто». Впоследствии к сигналам добавился стопорный механизм, и оператор не мог перейти от сигнала «стоп» к сигналу «чисто», пока сигнальщик на другом конце блока его не разблокирует. Позже на дорогах с напряженным движением системы были автоматизированы. На Южной железной дороге в Англии впервые испытали автоматическую электрическую сигнализацию в 1844 году, но она показалась неэффективной. Уильям Робинсон создал первую успешную рельсовую цепь для автоматической сигнализации в США в 1871 году. В автоматической сигнальной системе электрический ток проходил через один из рельсов блока от источника на выходе из блока, через электрическое реле на противоположном конце, а оттуда возвращался по другому рельсу. Пока ток тек нормально, на реле подавалось напряжение и следовал сигнал «чисто». Как только поезд въезжал на перегон, возникало короткое замыкание через оси поезда, и напряжение не подавалось на реле, которое сразу меняло сигнал на «стоп». Реле посылало сигнал «стоп» и в случае поломки рельса, которая нарушала течение тока. Такая автоматическая схема исключила ручное управление на концах блока.

Система управления движением поезда спроектирована так, чтобы включать тормоза или подавать звуковой сигнал в кабину машиниста. Механические устройства для включения тормоза были запатентованы еще в 1880-х годах. В США на железных дорогах использовались два типа устройств электрического управления: система управления прерывистого действия и система управления непрерывного действия. В системе прерывистого действия электромагнит установлен возле ходового рельса в месте нахождения каждого сигнала. Другие электромагниты установлены на тележках локомотива. Если сигнал запрещающий, на рельсовый магнит поступает ток, и, если машинист не замечает его или начинает вручную переключать стрелку раньше, чем магнит локомотива войдет в поле стационарного магнита, автоматически включаются тормоза. Управление эффективно только с сигналами на перегоне, и система действует прерывисто.

Система управления непрерывного действия впервые была установлена в Америке в 1927 году после длительного экспериментирования. В этой системе рама паровозной тележки имеет индукционную обмотку возле рельса перед передней осью. В обмотке индуцируется ток в магнитном поле, окружающем рельсы, в которых течет сигнальный ток. Вакуумные трубки на подвижных частях усиливают индуцированный ток, и сигналы передаются в кабину. Цепь в ходовых рельсах контролируется кодовым устройством, состоящим из маленького мотора, приводящего в действие электрические переключатели, прерывающие ток по рельсу 80, 120 или 180 раз в минуту, в зависимости от положения сигналов на перегоне. Если перегон занят, мотор останавливается, и в отсутствие кода в рельсовой цепи в кабине машиниста виден сигнал «стоп». Если перегон свободен, но следующий занят, кодовое устройство дает 80 прерываний в минуту, что отражается в кабине машиниста. Если два перегона впереди свободны, код – 120 прерываний в минуту, если три перегона свободны – 180 прерываний в минуту. Все это отражается в кабине машиниста.

На некоторых железных дорогах устанавливали централизованную систему управления движением, чтобы ликвидировать местные сигнальные башни вдоль путей. Эта система, впервые использованная в США в 1925 году, позволяла оператору, расположившемуся в удобном месте, контролировать блокировочные сигналы и стрелочные переводы на большой территории. Когда поезда движутся по этой территории, их положение автоматически отражается на плане, так что оператор в каждый момент времени знает, где находится каждый поезд. Он может контролировать сигналы и переводы стрелок, расположенные на расстоянии 100 миль от него. Индикаторы наглядно показывают каждый сигнал и положение каждой стрелки. Оператор имеет возможность планировать передвижение каждого поезда, и составленный им маршрут отражается в кабине машиниста. Таким образом, нет никакой необходимости в передаче приказов машинистам, так же как и в дополнительных операторах в других местах. Наличие такой системы не только экономит трудозатраты, но и позволяет увеличить плотность движения.

Городские электрифицированные железные дороги в Соединенных Штатах имеют короткую, но бурную историю. С конца 1880-х до 1950-х годов трамваи выполнили огромный объем внутригородских перевозок, прежде чем были вытеснены моторизованной версией одного из своих предшественников – омнибусом, с которым связано имя знаменитого философа XVII века Блеза Паскаля. Первые многоместные пассажирские экипажи на конной тяге, омнибусы, начали работать по расписанию в Париже в 1662 году. Они были весьма неплохи с инженерной точки зрения. Но когда новизна исчезла, их популярность стала падать, и компания обанкротилась. Первого коммерческого успеха омнибусы добились в Париже в 1827 году. Двумя годами позже они появились в Лондоне.