С решением задачи управления поездами последовало дальнейшее увеличение их размеров и массы; рано или поздно это должно было подчеркнуть необходимость эффективных автосцепных устройств. Аварии происходили не только из-за примитивных сцепок с штырем и сцепной скобой, но и потому, что различные существовавшие стандарты как усложняли операции по сцепке и расцепке вагонов, так и затрагивали вопросы взаимозаменяемости и безопасности.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ СЦЕПНЫЕ УСТРОЙСТВА.
Из-за большого числа аварий мистер Ф. Д. Адамс из Бостонской и Олбанской железной дороги рекомендовал Ассоциации строителей пассажирских вагонов на ее третьем съезде в 1869 году установить единую высоту для автосцепок; несовпадение их по высоте при сходе вагонов друг с другом считалось причиной многочисленных аварий. В 1871 году съезд утвердил 33 дюйма в качестве стандартной высоты для вагонов стандартной колеи. На съезде 1873 года мистер М. Н. Форни настоятельно призвал комитет расследовать причины аварий и подготовить рекомендации. В следующем году этот комитет назвал главной причиной то же самое, о чем мистер Адамс сообщал восемью годами ранее. Они признали испытания автоматических сцепок на тот момент неудачными. Другой комитет на этом же съезде впервые признал автоматические сцепки, сообщив, что огромную пользу принесет единое автосцепное устройство, которое могло бы быть принято в качестве стандарта и являлось бы самосцепляющимся. В течение нескольких последующих лет изучались различные модели, но ничего отвечающего требованиям найдено не было. В 1877 году мистер Джон Кирби из компании «Лейк-Шор» сообщил, что его компания намерена оборудовать 100 вагонов самосцепками, а на том же заседании мистер Гарей из компании «Нью-Йорк Сентрал» рассказал о визите к нему комитета составителей поездов с просьбой установить буферные брусья или какое-либо подобное защитное приспособление. Это переключило внимание Ассоциации со сцепки на буферный брус. В следующем году они пригласили Ассоциацию составителей поездов действовать совместно с их комитетом при подготовке отчета о средствах защиты для обеспечения безопасности маневровых и поездных бригад при исполнении ими своих обязанностей.
Такова была ситуация, когда 19 марта 1880 года легислатура штата Массачусетс поручила Комиссии по железным дорогам провести расследование и представить отчет с рекомендациями о мерах по предотвращению несчастных случаев при сцепке вагонов. Они сообщили, что предпочитают руководствоваться действиями железнодорожных компаний, и любое устройство, стандартизованное ими, по их мнению, станет лучшей рекомендацией для такого устройства.
В 1882 году Комиссия по железным дорогам штата Коннектикут рекомендовала легислатуре потребовать обязательного использования автоматических сцепок на всех новых вагонах.
В 1883 году Комиссия штата Массачусетс выразила надежду, что Ассоциация строителей пассажирских вагонов на своем съезде придет к соглашению относительно какого-либо типа сцепки для грузовых вагонов.
В 1884 году Ассоциация выбрала мистера М. Н. Форни для проведения испытаний автоматических сцепок и подготовки отчета. Тогда было обращено внимание менее чем на дюжину разновидностей, заслуживающих рассмотрения. Руководствуясь этим решением Ассоциации, Массачусетская комиссия взялась за решение проблемы и объявила, что не станет предписывать никакую сцепку, которая не прошла испытаний в реальных условиях движения, однако уведомила железнодорожные компании штата, что все новые вагоны, а также вагоны, требующие новых сцепок, должны быть оснащены одним из пяти указанных видов. Так получилось, что указанные виды сцепок не сцеплялись друг с другом.
В 1885 году мистер Форни провел публичные испытания в Буффало. Было испытано сорок две сцепки, двенадцать из которых были рекомендованы для дальнейших испытаний. В следующем году испытания силовых тормозов на грузовых поездах наглядно показали, что сцепка со штырем и сцепной скобой не годится, и она была исключена из дальнейшего рассмотрения.
В 1887 году Исполнительный комитет высказался в пользу сцепки типа Дженни и всех других форм, которые автоматически сцеплялись бы с ней при любых условиях эксплуатации. Этот отчет был принят в 1888 году 474 голосами за при 194 против. Затем Исполнительный комитет попытался утвердить контурные линии, чертежи и шаблоны в качестве стандарта, но обнаружил, что патенты Дженни охватывают контур автосцепок с вертикальной плоскостью. Это было исправлено в 1888 году, когда Компания сцепок Дженни отказалась от всех патентных претензий на контурные линии сцепных поверхностей вагонных сцепок, используемых железными дорогами — членами Ассоциации строителей пассажирских вагонов, что позволило Ассоциации официально принять этот тип сцепки в качестве стандарта во всех отношениях. На съезде 1889 года такое решение было принято по предложению мистера Вурхиза, генерального суперинтенданта Пенсильванской железной дороги, и с тех пор этот тип сцепки является стандартным и называется «сцепкой Ассоциации строителей пассажирских вагонов».
В 1893 году Конгресс принял закон, требующий от всех железных дорог, занимающихся межштатной торговлей, оборудовать все вагоны и локомотивы непрерывным силовым тормозом, управляемым машинистом из кабины локомотива, а также автоматическими сцепками, срабатывающими при ударе. 1 января 1898 года было назначено сроком, к которому эти изменения должны быть произведены, — впоследствии этот срок был продлен на два года. Теперь у нас есть единообразие по высоте и контуру для обеспечения идеального контакта между всеми классами оборудования, а также надежно запирающийся замок. Конструкция и крепления к кузову вагона предписываются с прочностью, превышающей мощность локомотивов, а в современных фрикционных поглощающих аппаратах прочность достигает 250 000 фунтов.
СИГНАЛИЗАЦИЯ.
Потребность в информировании поездов о состоянии пути возникла с ростом интенсивности движения и скоростей. Поскольку эти условия развивались в Англии раньше, чем у нас, первые шаги были сделаны в этой стране. В 1834 году на Ливерпульской и Манчестерской железной дороге была внедрена первая система стационарных сигналов, состоящая из вертикального столба с вращающимся диском наверху, показывающим красный цвет в случае опасности и отсутствие сигнала днем, а также белый свет ночью для разрешения движения. При открытии Великой западной дороги этот метод был усовершенствован. Эксперименты господ Шапп, изобретателей оптического телеграфа, показали, что при определенных условиях освещения цвет любого тела может исчезать. Это доказало, что надежной может быть форма дневного сигнала, а не его цвет. Было также обнаружено, что длинную узкую поверхность на фоне горизонт или ландшафта видно дальше, чем ту же площадь в виде квадрата или круга. Используя эти результаты, сэр Чарльз Грегори в 1841 году спроектировал и установил на станции Нью-Кросс первый семафорный сигнал. Какой-либо связи между станциями не было; каждый сигналист выставлял свой сигнал опасности после прохода поезда до истечения определенного времени, после чего путь открывался. Единственная информация, передаваемая машинисту, заключалась в том, что предыдущий поезд прошел станцию по крайней мере за требуемое время до него.
Неспособность или невозможность действовать с достаточной оперативностью при появлении сигнала опасности и связанные с этим столкновения привели к установке дополнительных сигналов для заблаговременного информирования машиниста о положении сигнала, которому он должен подчиняться. Таким образом, мы отчетливо видим зарождение нынешних блок-постов и предупредительных сигналов.
Мистер К. В. Уокер из компании «Саутуэстерн» внедрил «колокольный код», который стал первым звуковым методом связи между сигнальными постами. В том же году мистер Тайер дополнил его электрическими визуальными сигналами, целью которых было дать оператору указание о том, что сигнал принят и подан, а также постоянно показывать точное положение самого сигнала. Это подсказало идею интервала расстояния между поездами вместо интервала времени, сделав показания сигналов определенными. В 1858 году в Англии была установлена система абсолютной блокировки, основанная на системе интервалов расстояния.
Используя телеграфную связь, мистер Эшбел Уэлч, главный инженер Объединенной компании каналов и железных дорог Нью-Джерси, в 1863 и 1864 годах разработал и установил первую блок-систему сигналов в нашей стране на двухпутной линии между Филадельфией и Нью-Брансуиком. Сигнальные станции были должным образом удалены друг от друга, и на каждой станции был предусмотрен сигнал, видимый как можно дальше в обе стороны. Сам сигнал представлял собой белую доску днем и белый свет ночью, обозначающие «свободно», которые были видны через стеклянное отверстие диаметром два фута перед коробкой блок-сигнала. Для обозначения «опасно» красный щит опускался, закрывая белую доску или свет. При проходе поезда через станцию сигналист отпускал щит, который падал под действием силы тяжести, и не поднимал его до тех пор, пока по телеграфу не поступало сообщение о том, что предыдущий поезд прошел следующую станцию, поддерживая тем самым интервал расстояния. Так развилась телеграфная блок-система, которая все еще широко используется с модификациями аппаратуры и сигналов на линиях с малой интенсивностью движения. Усовершенствования этой системы были установлены позже в строгом соответствии с английской практикой, достигнув, пожалуй, наиболее полного развития на линиях «Нью-Хейвен» и «Нью-Йорк Сентрал», где она используется и по сей день. Несмотря на многочисленные усовершенствования аппаратуры, сохраняется та же практика установления абсолютного интервала расстояния посредством связи между блок-постами. Добавление рельсовых цепей для целей замыкания и индикации, а также взаимной блокировки между станциями, более полно реализованное с внедрением «блок-прибора Коулмана» в 1896 году, привело к созданию контролируемой ручной блок-системы в ее нынешнем виде.
АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ.
В 1867 году Томас С. Холл запатентовал электрический сигнал и тревожный звонок, используемые в сочетании со стрелочным переводом или разводным мостом. Его недостаток заключался в том, что обрыв цепи или ее отказ не давали сигнала опасности. Для исправления этого потребовалась замкнутая цепь, хотя она была более дорогой. В 1870 году мистер Уильям Робинсон разработал схему, при которой цепь замыкалась в точке опасности при благоприятных условиях и размыкалась на небольшом расстоянии впереди сигнала. Колеса приближающегося поезда нажимали на рычаг, который замыкал цепь и открывал сигнал, если только не было прерывания в точке опасности. Впоследствии были внесены изменения, благодаря которым цепь после замыкания оставалась таковой с помощью электромагнита и вновь размыкалась, когда поезд покидал тот участок пути, который регулировался сигналом.
В 1871 году мистер Холл запустил в эксплуатацию первую автоматическую электрическую блок-систему на Нью-Йоркской и Гарлемской железной дороге между Центральным вокзалом и развязкой Мотт-Хейвен. Это была нормальная «безопасность». Колеса проходящего поезда, наезжая на рычаг, замыкали цепь, которая переводила сигнал в положение опасности позади поезда и удерживала его в таком положении до тех пор, пока следующий сигнал не переходил в положение опасности; тогда замыкалась отдельная цепь, которая освобождала предыдущий сигнал, позволяя ему вернуться в положение разрешения движения.
Недостаток, заключавшийся в том, что колеса поезда должны были наезжать на рычаг для замыкания цепи, побудил мистера Ф. Л. Поупа приступить к экспериментам. После успешной попытки передачи электрической цепи через обычный путь с накладными стыками он провел испытание сигнала в Восточном Кембридже, штат Массачусетс. Участок пути был изолирован от остального, а на обоих его концах к противоположным рельсам крепилась проводная цепь, включающая батарею и электромагнит для управления сигналом. Металлические колеса и оси замыкали цепь, переводя сигнал в положение опасности для следующих сзади поездов. Защелка служила для поддержания цепи в замкнутом состоянии до тех пор, пока не был достигнут следующий сигнал, после чего отдельная цепь освобождала защелку, позволяя сигналу открыться.
В 1879 году эта система была введена в эксплуатацию и с некоторыми изменениями до сих пор используется в некоторых местах.
Вслед за первоначальным ручным семафором и контролируемой ручной системой управления появились пневматические и электрические системы для местностей, требующих большого количества сигнальных переключений. С развитием двигателей и батарей, способных работать экономично, автоматические сигналы семафорного типа были успешно и широко внедрены.
В семафорной системе происходили многочисленные сбои из-за образования льда и мокрого снега на лопастях. Это привело к внедрению так называемого «верхнеквадрантного» управления; то есть движение сигнала происходит из горизонтального положения в наклонное вверх и обратно.
В связи с повсеместным распространением электрического освещения и застройкой территорий, прилегающих к железным дорогам, были приняты изменения в цветовой индикации ночных сигналов, заключающиеся в том, что в таких местах для указания безопасности обычно используется зеленый цвет вместо белого.
ВЗАИМНАЯ БЛОКИРОВКА.
Развиваясь вместе с ручным управлением сигналами и в качестве защиты от ошибок сигналистов, взаимная блокировка возникла как средство предотвращения одновременной выдачи противоречащих друг другу сигналов. Как и в случае с сигналами, в области взаимной блокировки Англия сначала лидировала. После поездки в эту страну в 1869 году мистер Эшбел Уэлч отметил преимущества, вытекающие из английского метода управления стрелками и сигналами на крупных станциях и в узлах, где все управление переходило в руки одного человека, находящегося в условиях прямой связи со всей обстановкой и оснащенного аппаратом, который не позволял задавать противоречащие маршруты. Этот призыв привел к заказу двадцатирычажной централизационной машины Саксби и Фармера, которая была установлена в 1874 году на Нью-Джерсийском участке его линии. Железные дороги быстро оценили ее преимущества, и вскоре аналогичные машины были изготовлены и установлены в нашей стране не только для защиты пересечений железных дорог, но и для управления крупными путевыми развязками на станциях. В 1876 году была доведена до совершенства первая система взаимной блокировки с силовой тягой — пневматического типа. В 1900 году была разработана полностью электрическая система взаимной блокировки, выгодная там, где в работу установки требовалось вовлечь удаленные функции, и применимая в местах с использованием электрической тяги.
Более поздняя разработка систем взаимной блокировки с силовой тягой, снабженных полной электрической индикацией состояния на всех путях, позволила объединить крупные системы под управлением центральной установки и, следовательно, под руководством центрального органа; эти механизмы, обладая полностью блокированным характером, обеспечивают повышенную безопасность за счет централизованного управления, а также большую простоту в эксплуатации.
ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОЕЗДАМИ.
В нашей стране первый радикальный отход от метода интервалов времени и ограждения флагами произошел в 1851 году. Нью-Йоркская и Эриенская железная дорога проложила единую линию телеграфа между Пирмонтом на реке Гудзон и Данкирком на озере Эри для нужд компании. Начальник телеграфа мистер Лютер К. Тилотсон и суперинтендант дивизиона случайно оказались вместе на станции в Элмире и узнали, что западный экспресс из Нью-Йорка опаздывает на четыре часа. В Корнинге восточный товарный поезд со скотом и западный товарный поезд в Элмире ожидали экспресса. Обладая этой информацией, мистер Тилотсон предложил отправить товарный поезд из Элмиры в Корнинг, а поезд со скотом на этой станции направить в Элмиру, причем с абсолютной безопасностью, до прибытия экспресса. Этот маневр увенчался успехом и поощрил аналогичную практику, что вскоре привело к внедрению — с некоторыми изменениями — этого метода диспетчерского управления поездами на Саскуэханском дивизионе дороги Эри. Вслед за этим последовало его принятие на всей линии, несмотря на сильное сопротивление, с которым столкнулся генеральный суперинтендант мистер Чарльз Минот при планировании его внедрения. Некоторые кондукторы и машинисты дошли до того, что уволились, лишь бы не работать по телеграфным приказам вразрез с расписанием другого поезда.
Эта система быстро распространилась на другие линии и наряду с другими аспектами железнодорожной эксплуатации подверглась поэтапному развитию и усовершенствованию. Одним из важных элементов безопасности в диспетчерской практике стала тенденция использовать одинаковые слова в одинаковой последовательности для передачи идентичных указаний, что гарантирует единообразное понимание инструкций, исключая вольную фразеологию при их составлении или недопонимание при толковании переданного приказа. Правила диспетчерского руководства поездами теперь предписывают использование стандартных формулировок для приказов, регулирующих движение поездов.
За последние несколько лет проводились эксперименты с системой диспетчерского руководства поездами по телефону, которая в настоящее время успешно работает на некоторых важных линиях и расширяет сферу своего применения. Преимущество заключается в возможности задействовать квалифицированных железнодорожных работников, не имеющих права работать с телеграфной системой, поскольку они не являются телеграфистами. Телефонная диспетчерская система не только обеспечивает быстрое распространение информации, но благодаря своей большей пропускной способности позволяет иметь более полное представление о состоянии линии как в диспетчерском пункте, так и во всех офисах, связанных с диспетчерской системой.
РАЗВИТИЕ ЛОКОМОТИВА.
Хотя мы не намерены занимать ваше время перечислением, даже в сжатом виде, эволюции всех элементов, из которых состоят части железной дороги, мы не можем упустить возможность кратко рассказать о локомотиве — тяговом усилии, приводящем транспорт в движение и действие.
Еще в 1680 году сэр Исаак Ньютон предсказал появление экипажей с паровым двигателем и даже высказал соображения относительно их конструкции. На протяжении XVIII века появлялись различные типы паровых поводок, скорее в качестве курьезов, причем одни из них были предвестниками локомотива, а другие — автомобиля. Лишь в 1803 году было построено нечто действительно заслуживающее названия «локомотив». Ричард Тревитик, корнуоллский горняк, сконструировал носящий его имя локомотив, как ни странно, в результате пари. На испытаниях эта машина действительно переместила паром десять тонн железа на девять миль по чугунной колее, выиграв пари. Желание Кристофера Блэкетта, владельца шахты, использовать паровую тягу вместо живой силы привело к практической демонстрации сцепления. Руководствуясь этим принципом, управляющий Блэкетта Уильям Хедли построил свой «Пыхтящий Билли» — сложную конструкцию из рычагов, балок и шестерен. По завершении строительства Ливерпульской и Манчестерской железной дороги директоров, не определившихся с тяговым усилием, объявили премию в пятьсот фунтов стерлингов за локомотив, который соответствовал бы определенным условиям. Испытания состоялись в Рейнхилле в октябре 1829 года на ровном участке пути длиной около полутора миль между четырьмя конкурентами. «Ракета» Стефенсона победила и подарила миру механическое сочетание, которое по сути своей представлено в локомотивной практике с тех пор. Американская практика локомотивостроения следовала модели Стефенсона. Среди первых строителей были Финеас Дэвис, Росс Винанс и Маттиас Болдуин. Четырехосные паровозы английского типа пагубно сказывались на легких рельсах и крутых кривых наших ранних дорог, и для преодоления этого мистер Джон Б. Джервис, главный инженер дороги Мохок и Гудзон, внедрил четырехосную тележку системы «боги». Около двадцати лет эта конструкция оставалась неизменной, пока в 1850-х годах спрос на большую тяговую силу не привел к добавлению еще одной пары сцепных движущих колес, в результате чего появился хорошо известный «американский» тип. С ростом спроса на увеличение тягового усилия добавлялись новые движущие колеса, что в свою очередь привело к созданию типов «Могул» и «Консолидейшн».