کنترل چند لکوموتیو در یک قطار
فهرست مطالب
مقدمه
سیستم‌های حمل‌ونقل ریلی به‌عنوان یکی از ستون‌های اصلی حمل‌ونقل سنگین و مسافری، نیازمند بهره‌وری بالا و هماهنگی دقیق بین اجزای مختلف هستند. یکی از جنبه‌های حیاتی در عملیات ریلی، کنترل همزمان چند لکوموتیو در یک قطار است که به آن “کنترل چند واحدی” یا MU (Multiple Unit) Control گفته می‌شود.
این فناوری پیشرفته امکان کنترل مرکزی و هماهنگ لکوموتیوهای متصل به یکدیگر را از یک کابین فراهم می‌کند و به بهره‌وری، ایمنی و عملکرد بهتر قطار کمک می‌کند. استفاده از این سیستم، به‌ویژه در قطارهای طولانی یا سنگین، ضروری است تا نیرو و عملکرد بهینه‌ای برای غلبه بر چالش‌های مسیرهای مختلف فراهم شود.
در این مقاله، به بررسی اصول عملکرد، اجزا، و فرایندهای تنظیم و راه‌اندازی سیستم کنترل چند لکوموتیو پرداخته می‌شود. این بحث نه‌تنها اهمیت این فناوری در افزایش کارایی عملیات ریلی را نشان می‌دهد، بلکه نقش آن در بهبود ایمنی، کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های نگهداری را نیز برجسته می‌کند.
پیش‌زمینه
یک ترتیب استاندارد توسط AAR (انجمن راه‌آهن‌های آمریکا) و اعضای آن شامل راه‌آهن‌ها و تولیدکنندگان تأیید شده است که به هر واحد از یک مجموعه لوکوموتیو اجازه می‌دهد از طریق کنترل هر واحد در مجموعه به صورت یکپارچه عمل کند. توجه داشته باشید که این موضوع به سیستم‌هایی مانند “لوکوتول” یا دیگر تجهیزات رادیویی برای کنترل از راه دور مربوط نمی‌شود، بلکه فقط به چند لوکوموتیو متصل به هم که از یک کابین کنترل می‌شوند، در شیوه‌های عملیاتی آمریکای شمالی اشاره دارد. در گذشته، روش‌ها و طرح‌های دیگری مانند سیستم پنوماتیک بالدوین وجود داشته است، اما این سیستم‌ها با استاندارد فعلی سازگار نیستند و نمی‌توانند در خدمات مبادله‌ای AAR مورد استفاده قرار گیرند. برخی لوکوموتیوها، معمولاً لوکوموتیوهای قدیمی و کم‌قدرت مانوری، به هیچ سیستم MU (چند واحدی) مجهز نیستند.
اتصالات بین لوکوموتیوها
برای دستیابی به عملیات با چند لکومتیو(MU)، دو اتصال اساسی بین لوکوموتیوها مورد نیاز است.
- ترمز هوای مستقل (مختص لوکوموتیو):
کنترل ترمزهای هوای لوکوموتیوها از طریق سه (و گاهی چهار) شیلنگ هوای اضافی انجام می‌شود که بر روی هر دو سر لوکوموتیو (قسمت‌های جلو) در یک یا هر دو طرف کوپلر نصب شده‌اند. - سایر عملکردها:
تمامی عملکردهای دیگر، چه مکانیکی و چه الکتریکی، از طریق کابل جامپر (Jumper Cable) که واحدها را به هم متصل می‌کند، به صورت الکتریکی کنترل می‌شوند. این کابل ضخیم و شبیه شیلنگ، زیر صفحات راهرویی که شکاف بین واحدها را پل می‌زنند، آویزان است. این کابل شامل ۲۷ سیم است و در هر دو انتها دارای دوشاخه‌های بزرگ آلومینیومی است که به سوکت‌های مرتبط در هر دو انتهای هر لوکوموتیو متصل می‌شوند.
گاهی این کابل‌ها هنگامی که مورد استفاده نیستند، از لوکوموتیو جدا شده و در داخل آن نگهداری می‌شوند، و گاهی نیز از اتصال کور(Dummy Plugs) برای ایمن کردن کابل در انتهای لوکوموتیو استفاده می‌شود.
قسمت اتصالات ترمزی
ترمزهای هوای یک لوکوموتیو دیزلی یا برقی “مستقل” از ترمزهایی هستند که برای باقی قطار استفاده می‌شوند. هنگامی که ترمز قطار (ترمز “اتوماتیک”) اعمال می‌شود، لوکوموتیو همانند یک واگن عادی عمل کرده و ترمزهای خود را اعمال می‌کند. با این حال، لکومتیوران می‌تواند این عملکرد را لغو کرده یا ترمز لوکوموتیو را در حالت “بازیابی” (bail-off) قرار دهد.
شیلنگ‌های اتصال بین واحدها
سه شیلنگی که بین واحدها قرار دارند، امکان کنترل تمامی واحدها به‌عنوان یک مجموعه را فراهم می‌کنند. این شیلنگ‌ها، از نزدیک‌ترین نقطه به کوپلر به‌ترتیب عبارتند از:
- مخزن اصلی(MR)
- منظم کننده(ACT)
- سیلندر ترمز (BC) یا گاهی اعمال و آزادسازی(AR)
- شیلنگ MR تمامی مخازن اصلی واحدها را به یکدیگر متصل می‌کند و یک مخزن بزرگ را ایجاد می‌کند تا ظرفیت هوا افزایش یافته و بار کمپرسورهای هوا در هر واحد تقسیم شود.
- شیلنگ ACT هنگام بازیابی (bail-off) توسط لکومتیوران تحت فشار قرار می‌گیرد تا ترمزها در تمامی واحدها آزاد شوند.
- شیلنگ BC بر اساس میزان ترمزی که لکومتیوران انتخاب کرده،سیلندر ترمز را فشار فشار می‌دهد .
با این حال، هیچ اتصال مستقیمی بین سیلندرهای ترمز واحدهای مختلف وجود ندارد.
کنترل فشار هوا
فشار مورد نیاز برای قسمت‌های مختلف سیستم‌های ترمز لوکوموتیو معمولاً 45 یا 70 psi توسط یک شیر هوای رله‌ای در هر واحد کنترل می‌شود.
این شیر، فشار ورودی را حس کرده و فشار مناسب را به سیلندرهای همان واحد می‌فرستد. این شیرها همچنین به‌عنوان شیر یک‌طرفه عمل می‌کنند تا در صورت جدا شدن واحدها در حین حرکت، مقداری هوا در هر واحد ذخیره شود.
در صورتی که یک شیلنگ چهارم نیز وجود داشته باشد (در لوکوموتیوهای قدیمی‌تر)، برای هماهنگی با واحدهایی که ماسه‌پاش الکتریکی ندارند، استفاده می‌شود.
اتصال ترمزها در چند واحد لکومتیو
برای اتصال یا هماهنگ کردن ترمزها در بیش از یک واحد، تنها کافی است سه (یا چهار در واحدهای قدیمی‌تر) شیلنگ به‌علاوه شیلنگ اصلی قطار که در زیر کوپلر قرار دارد، متصل شده و شیرهای مربوطه پشت بخش جلو (پایلوت) باز شوند.
تنظیمات در کابین
فرض کنیم واحدها مجهز به سیستم ترمز 26L باشند (که در بیشتر موارد این‌طور است):
- در واحد پیشرو، تمامی تنظیمات ترمز هوایی به‌صورت معمول باقی می‌مانند.
- در واحدهای عقب‌تر، باید تعیین کنید که آیا ترمزها از همان واحد کنترل شوند یا از یک واحد دیگر. این کار با شیر MU-2A انجام می‌شود که در کنار کنترل ایستاده زیر شیر تغذیه قرار دارد.
این شیر می‌تواند به‌صورت یک دکمه یا یک اهرم باشد و دارای دو حالت است:
- Lead or Dead: ترمزهای مستقل از همان واحد کنترل می‌شوند.
- Trail: ترمزهای مستقل از طریق شیلنگ‌های mu از یک واحد دیگر کنترل می‌شوند.
عدم تنظیم صحیح این شیر می‌تواند منجر به گیر کردن یا عمل نکردن ترمزهای لوکوموتیو شود.
شیر تغذیه و جلوگیری از آزادسازی غیرعمدی
شیر تغذیه، هوا را از طریق شیر ترمز اتوماتیک به خط (لوله ترمز) تأمین و تنظیم می‌کند. برای جلوگیری از آزادسازی غیرعمدی ترمز اتوماتیک، این شیر باید در واحدهای عقب‌تر از خط قطار ایزوله شود. این کار با قرار دادن شیر “قطع‌شده” یا “دوبل‌هدینگ” در حالت “خارج” انجام می‌شود.
دستگیره‌های ترمز در واحدهای عقب‌تر
- دستگیره ترمز اتوماتیک در حالت Handle Off و دستگیره ترمز مستقل در حالت Off قرار می‌گیرند.
- معمولاً این دستگیره‌ها برای جلوگیری از دستکاری جدا می‌شوند.
- اگر دستگیره‌ها در جای خود باقی بمانند، می‌توان از واحدهای عقب‌تر یک ترمز اضطراری اعمال کرد، بدون توجه به تنظیمات آن‌ها (این ویژگی در واحدهای کمکی بسیار مفید است).
- ویژگی‌های ایمنی ویژه
شیرهای خاصی طراحی شده‌اند تا در صورت جدا شدن ناگهانی واحدها، مقدار کافی هوا را برای اعمال ترمز لوکوموتیو در هر واحد ذخیره کنند.
اتصالات الکتریکی
پس از پوشش سیستم ترمز، به سراغ سایر عملکردها می‌رویم. تمامی عملکردهای دیگر لوکوموتیو به صورت الکتریکی از طریق کابل ۲۷ پینی که بین واحدها قرار دارد، منتقل می‌شوند.
کابل اتصال الکتریکی
- این کابل تقریباً ۶ فوت (۱.۸ متر) طول و حدود ۴۰ پوند (۱۸ کیلوگرم) وزن دارد.
- کابل به یک سوکت متصل می‌شود که معمولاً درست زیر مسیر عبور روی پایلوت لوکوموتیو قرار دارد.
- هنگام استفاده، کابل زیر راهروی بین واحدها گیره شده تا از تداخل آن با کوپلر جلوگیری شود.
- سوکت دارای یک درپوش فنردار برای جلوگیری از ورود گرد و خاک و آب است.
- وقتی کابل متصل شود، کلیدی در زیر درپوش وجود دارد که کابل را در جای خود نگه می‌دارد،.
سیستم الکتریکی و ولتاژ مدار
- تمامی مدارهای mu با ولتاژ +۷۴ ولت DC کار می‌کنند.
- اکثر مدارها به صورت روشن/خاموش هستند، به جز کاهش توان (پین ۱) و تحریک ترمز دینامیکی (پین ۲۴) که با ولتاژ ۰-۷۴ ولت DC کار می‌کنند.
وظایف پین‌ها در کابل اتصال بین دو لکومتیو
- کاهش توان
- زنگ هشدار
- سولنوئید تنظیم‌کننده “D”
- ولتاژ منفی مشترک
- ماسه اضطراری
- میدان ژنراتور (آلترناتور اصلی)
- سولنوئید تنظیم‌کننده “C”
- حرکت معکوس
- حرکت به جلو
- نمایشگر لغزش چرخ
- رزرو
- سولنوئید تنظیم‌کننده “B”
- مدارهای کنترل و پمپ سوخت
- رزرو
- سولنوئید تنظیم‌کننده “A”
- روشن شدن موتور
- کنترل ترمز دینامیکی
- رزرو
- رزرو
- هشدار ترمز دینامیکی
- قفل ترمز دینامیکی
- کنترل کمپرسور هوا
- ماسه دستی
- تحریک ترمز دینامیکی
- چراغ جلو
- تنظیم مجدد رله زمین
- رزرو
نکته: اتصالات معکوس در جلو
در جلوی واحد، وظایف پین‌های ۸ و ۹ معکوس هستند. به دلیل اینکه این پین ها در کابل نیز معکوس می‌شوند، لوکوموتیو می‌تواند جهت حرکت خود را بدون توجه به نحوه قرارگیری نسبت به سایر واحدها تشخیص دهد.
سیگنال گاز و کنترل توان
- موقعیت گاز (Throttle) و سطح توان درخواستی توسط لکومتبوران، به وسیله گاورنر (Governor) برای موتور تفسیر می‌شود.
- تنظیم‌کننده Woodward توان خروجی مطلوب را به تنظیم سوخت و تحریک آلترناتور تبدیل کرده و این دو را به‌صورت مداوم برای حفظ توان مورد نظر تنظیم می‌کند.
الگوهای سولنوئید برای تنظیم توان
توان درخواستی توسط موقعیت گاز به‌صورت سیگنالی ۷۴ ولتی بین واحدها منتقل می‌شود که شامل ترکیب خاصی از مدارهای سولنوئید، همراه با سیم‌های زیر است:
- پین ۶ برای تحریک آلترناتور.
- پین۱۶ برای تأمین توان تنظیم‌کننده.
- پین ۱۳ برای فعال‌سازی مدارهای کنترل.
توضیح مختصر دیگر مدارها
- کاهش توان: این گزینه برای کاهش خروجی توان به ازای یک موقعیت گاز مشخص در دسترس است. این گزینه زمانی استفاده می‌شود که کشش ضعیف باشد یا زمانی که بخواهیم سرعت دقیقی را حفظ کنیم.
- زنگ هشدار: این زنگ در تمام واحدها هنگامی که شرایط آسیب‌زا شناسایی می‌شود، به صدا در می‌آید. خرابی فقط در واحد آسیب‌دیده از طریق نشانگر نور یا صفحه نمایش کامپیوتر نمایش داده می‌شود. با چرخاندن سوئیچ ایزوله در کابین واحد آسیب‌دیده، زنگ هشدار قطع می‌شود، به جز در صورت وجود دمای زیاد موتور.
- ماسه اضطراری: هنگامی که ترمز قطار به حالت اضطراری می‌رود، ماسه‌زن‌ها در هر دو جهت در تمامی واحدها فعال می‌شوند.
- نمایشگر لغزش چرخ: در شرایط معمولی، لکومتیوران نگران یا متوجه تنظیم خودکار لغزش چرخ‌ها نیست. اما اگر این مقدار بیشتر از حد ظرفیت مدارها شود، این چراغ نشان می‌دهد که لکومتیوران باید گاز را کاهش دهد یا اقدام دیگری انجام دهد. این همچنین می‌تواند نشان‌دهنده قفل شدن چرخ‌ها باشد.
- کنترل و پمپ سوخت: با کنترل این عملکردها از کابین لکومتیو پیشرو، این امکان حفظ می‌شود که در صورت آتش‌سوزی آن‌ها را خاموش کنیم.
- روشن شدن موتور: این پین برای تأمین توان جهت فعال‌سازی سولنوئیدهای تنظیم‌کننده استفاده می‌شود.
- کنترل ترمز دینامیکی: این پین برای فعال‌سازی دستگاه‌های سوئیچ جهت تغییر واحد از حالت قدرت به ترمز دینامیکی استفاده می‌شود.
- هشدار ترمز دینامیکی: این چراغ هشداردهنده است که در صورت بروز خرابی در کنترل ترمز دینامیکی و نیاز به کاهش نیروی ترمز دینامیکی فعال می‌شود.
- قفل ترمز دینامیکی: از فعال شدن ترمز دینامیکی زمانی که دستگاه‌های سوئیچ به‌درستی تنظیم نشده‌اند، جلوگیری می‌کند.
- کنترل کمپرسور هوا: کمپرسورهای هوا در هر واحد طوری تنظیم می‌شوند که به‌طور یکپارچه بار را بین خودشان تقسیم کنند و ظرفیت سیستم هوای قطار را افزایش دهند.
- ریختن ماسه به صورت دستی: لکومتیوران می‌تواند این را به‌صورت دستی فعال کند و هر واحد ماسه را در تمامی محورها در جهت حرکت پخش می‌کند.
- تحریک ترمز دینامیکی: ولتاژ متغیر که برای کنترل تحریک آلترناتور اصلی جهت کنترل میزان نیروی ترمز استفاده می‌شود.
نکته:
حتی اگر یک واحد به ترمز دینامیکی مجهز نباشد، هنوز هم پین ها امکان ارسال سیگنال‌ها به سایر واحدهای موجود در قطار وجود دارد.
تنظیمات اولیه
در کابین، باید کنترل‌ها به‌درستی برای یک واحد پیشرو یا دنباله‌رو تنظیم شوند. در واحد پیشرو، تنها چیزی که باید تغییر کند، موقعیت سوئیچ کنترل چراغ جلو است تا چراغ جلو روبروی لوکوموتیو دیگر خاموش شود و سیگنال از طریق کابل mu ارسال شود. سوئیچ‌های پمپ کنترل و سوخت باید روشن باشند. در واحدهای دنباله‌رو، باید سوئیچ‌های «روشن شدن موتور»، «میدان ژنراتور»، و سوئیچ‌های «کنترل و پمپ سوخت» خاموش باشند و سوئیچ چراغ جلو باید به‌درستی تنظیم شود تا نشان دهد که آیا چراغ‌ها باید در واحد میانه خاموش بمانند یا در واحد آخر روشن شوند. دسته معکوس باید از روی ایستگاه کنترل برداشته شود، وگرنه واحدها نمی‌دانند سیگنال را از کدام واحد دریافت کنند.
پس از اتصال کابل‌های جامپر، وصل کردن شیلنگ‌های هوا و تنظیم کنترل‌ها، باید آزمایش ترمز بر روی واحدهای متصل انجام شود. ابتدا ترمز مستقل آزاد می‌شود و آزاد بودن آن در تمامی واحدها تایید می‌شود. سپس یک کاهش ترمز خودکار انجام می‌شود و اعمال آن در تمامی واحدها تایید می‌شود. سپس، با اعمال ترمز خودکار، ترمز مستقل “بایوف” می‌شود تا تنها در لوکوموتیو آزاد شود و آزاد شدن تمامی کفش‌ها تایید می‌شود. در نهایت، ترمزها به حالت اضطراری قرار می‌گیرند و اعمال تمامی ترمزها و عملکرد صحیح ماسه پاش‌ها تایید می‌شود.
با اعمال ترمز، گاز باز می‌شود تا تایید شود که تمامی واحدها به گاز واکنش نشان می‌دهند و هر واحد بررسی می‌شود تا اطمینان حاصل شود که قدرت صحیحی تولید می‌شود. با باز بودن گاز، دوباره ترمزها به حالت اضطراری رفته و اطمینان حاصل می‌شود که تمامی واحدها بدون حرکت هستند.
