Регулирование процесса движения поездов на станциях производится светофорами, которые различаются по устройству оптической системы (прожекторные, линзовые, светодиодные), назначению (входные, выходные, маршрутные, маневровые и т. д.), конструктивному исполнению (мачтовые, карликовые, консольные) и способу подачи сигнальных показаний (нормально горящие — постоянно горящие независимо от поездной ситуации; нормально негорящие — включающиеся при вступлении подвижного состава на участок перед светофором и гаснущие после выхода подвижного состава с этого участка, немигающие и мигающие). Классификация светофоров приведена на рис. 1.39.
Станционные светофоры должны подавать сигналы, которые должны быть днем и ночью отчетливо различимы из кабины управления локомотива приближающегося поезда на расстоянии: для входных, предупредительных, проходных, заградительных и светофоров прикрытия на прямых участках пути — не менее 1000 м; для выходных и маршрутных светофоров главных путей — не менее 400 м, боковых путей — не менее 200 м; пригласительных сигналов и маневровых светофоров — не менее 200 м.
Для этого применяются оптические системы специальной конструкции. В прожекторных светофорах (рис. 1.40) оптическая система выполнена в виде установленного в чугунном корпусе 1 съемного сигнального механизма 2. Она состоит из лампы накаливания 3, световой поток которой увеличивается эллипсоидным отражателем 4. Нить лампы размещена в одном фокусе отражателя, в другом расположена подвижная рамка 6 с цветными светофильтрами красного, желтого и зеленого цвета, управляемая электромагнитным механизмом 7. Лучи лампы проходят через светофильтр, далее через собирательные линзы 8 и 12 и направляются вдоль оси пути. Для улучшения видимости показаний светофора на близком расстоянии часть лучей отклоняется вниз вставкой 9.
Сигнальный механизм представляет собой поляризованное электромагнитное реле постоянного тока, управляющее подвижной рамкой со светофильтрами. При отсутствии тока в обмотках сигнального механизма в фокусе оптической системы находится светофильтр красного цвета. При протекании тока определенной полярности рамка со светофильтрами поворачивается, в результате чего в фокусе оказывается светофильтр другого цвета, чем и обуславливается изменение сигнальных показаний, подаваемых светофором.
Для настройки видимости прожекторного светофора на корпусе закреплено визирное приспособление 5, улучшение видимости сигнала достигается применением фонового щита 10 и козырька 11.
При кажущихся преимуществах (одной оптической системой подаются разные сигналы) применение прожекторных светофоров ограничивается их существенным конструктивным недостатком: возможностью заклинивания рамки со светофильтрами, что приводит к ложной подаче разрешающих движение сигналов и может привести к крушению поездов. В настоящее время прожекторные светофоры сохраняются (до модернизации устройств) в основном при полуавтоматической блокировке как более экономичные по потреблению электроэнергии на участках, не имеющих надежных источников электропитания.
Наибольшее распространение на сети железных дорог нашли линзовые светофоры. Для каждого сигнального огня светофора применяется отдельный линзовый комплект (рис. 1.41), состоящий из корпуса 1, с укрепленным на нем ламподержателем 2, куда устанавливается лампа накаливания 3. Световой поток лампы проходит через оптическую систему, состоящую из двух линз, жестко связанных с корпусом крепежными винтами 4 и удерживающими лапками 5, а также прижимным кольцом 6. Меньшая (диаметром 139 мм) линза 7 изготавливается из цветного стекла и является светофильтром красного, желтого, зеленого, лунно-белого или синего цвета. Большая (диаметром 212 мм, в карликовых светофорах — 160 мм) линза 8 из бесцветного стекла служит рассеивателем света. При изготовлении на заводе каждый линзовый комплект фокусируется.
В линзовых комплектах светофоров применяются однонитевые лампы накаливания типа ЖС12-15 и ЖС12-25, а также двухнитевые ЖС12-15+15 и ЖС12-25+25 (железнодорожная сигнальная, рассчитанная на напряжение питания 12 В; мощность основной и резервной нитей накаливания – 15 или 25 Вт). Ресурс горения однонитевой лампы составляет 1500 ч, двухнитевой — 2000 ч (основная нить) и 300 ч (резервная нить). Основное назначение резервных нитей – в течение некоторого времени, необходимого для устранения неисправности, сохранять возможность подачи сигнальных показаний. Длительная эксплуатация светофоров с перегоревшими основными и включенными резервными нитями не допускается.
Выбор питающего напряжения 12 В обусловлен требованиями техники безопасности. Поэтому же мачтовые светофоры, установленные на электрифицированных участках железных дорог заземляют.
Линзовые комплекты монтируются в одно-, дву- или трехзначных светофорных головках, которые крепятся к мачте (мачтовые светофоры) или к фундаменту (карликовые светофоры) специальными кронштейнами, позволяющими производить регулировку видимости сигнала в контрольной точке изменением угла наклона головки в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
В последние годы усилия ученых направлены на создание светодиодных оптических систем, обладающих рядом преимуществ по сравнению с линзовыми: улучшенными характеристиками видимости, низким потреблением электроэнергии, увеличенным на порядок ресурсом работы. Оптические системы таких светофоров (рис. 1.42) состоят из светодиодной сборки 1, прикрепляемой к стойке 4 посредством шпилек 3 с резьбовым соединением. Питание к светодиодам подводится через клемму 2. Конструкция светофорной головки также содержит фоновый щит 5 и козырек 6.
Ряд проблем, связанных с применением светодиодных светофоров и не решенных на настоящий момент (низкий ток свечение светодиода и, как следствие, слабая защищенность от электрических и электромагнитных влияний, нелинейная зависимость свечения от напряжения питания – сложности регулировки режима ДСН), ограничивает их применение.
С лицевой стороны все детали светофоров для исключения бликов окрашиваются в черный цвет. Кроме того, для исключения возможности подачи ложных сигналов отраженным солнечным светом применяются защитные козырьки. Защита от ложной сигнализации отраженным светом локомотивных прожекторов достигается особенностями конструкции: в линзовых светофорах – отсутствием рефлектора (рис. 1.41), в прожекторных – устройством оптической системы (рис. 1.40); в светодиодном – устройством матрицы.
Тыльная сторона светофоров окрашивается специальной алюминиевой краской, чем обеспечивается их видимость в отраженном свете локомотивных прожекторов (например, при движении поездов по неправильному перегонному пути по показаниям локомотивной сигнализации тыл проходного светофора является знаком границы блок-участков; тыл входного светофора может служить обозначением границы станции).
В сигнализации, связанной с движением поездов и маневровой работой, применяются следующие основные сигнальные цвета: зеленый, желтый, красный, лунно-белый, синий.