الإشارة على السكك الحديدية

يقصد من الإشارة على السكك الحديدية rail way signalization مجموع الترتيبات التي تقام على طول السكك الحديدية ومحطاتها والمخصصة لإعطاء سائقي القُطُر إرشادات إلزامية لا يستغنى عنها لضمان سلامة المرور على هذه السكك.

إن حركة القُطُر على السكك الحديدية وفي محطاتها ومرورها في المدن والقرى وفوق الأنهار وتقاطعها مع الطرق العامة، يفرض وجود وسيلة بين سائق القطار وجهاز تنظيم الحركة على السكك الحديدية لتجنب الحوادث السيئة، وتلافي تعريض القُطُر للأخطار، ويتم ذلك بإعطاء أوامر محددة حول التصرف السليم الذي يستوجبه الوضع الآني للقطار، وعلى مسافة كافية، وفي الوقت المناسب، ويعطى السائق هذه الأوامر على شكل دلالات مرئية وسمعية غير قابلة للتأويل سواء من مُصدِرها أو مُستقبلها ويجب أن تنفذ بحذافيرها.

أنواع الإشارات

تكون الإشارات على السكك الحديدية إما ثابتة أو متنقلة. فالإشارات الثابتة هي إشارات ترتبط بجغرافية الخط وتعني أمراً واحداً، كالأوتاد الهكتومترية والكيلو مترية التي تحدد موقع القطار، وإشارات الميول التي تحدد ميل المنحدر أو المرتقى وطوله، والصافرات التي تنبه العابرين فوق الخط في المناطق الآهلة، والإشارات الدالة على الخطر التي لا تسمح بالسير بسرعات كبيرة. وكذلك إشارات تنظيم الحركة التي تعطي أكثر من أمر واحد بحسب طبيعة الخط وتجهيزاته وأماكن وجود القُطُر، ووضع التقاطعات والمحطات. وهي تحدد سرعة القطار أو تخفف سرعته أو توقفه. أما الإشارات المتنقلة فهي التي يمكن نقلها من مكان إلى آخر، ومنها الإشارات التي ترتبط بجغرافية الخط وتهدف إلى حماية منطقة أعمال الصيانة وأماكن وجود المركبات أو تتطلب تخفيض السرعة لأمور طارئة.

ومنها كذلك إشارات تنظيم حركة القُطُر كالأعلام والفوانيس والمصابيح والمُلوِّحات والأقراص المتعددة الألوان والصافرات التي يُعطى السائقون الأوامر بوساطتها من المشرفين على الحركة.

لمحة تاريخية

الشكل (1) الملوّحة الميكانيكية

فرضت زيادة سرعة القُطُر ضرورة إيجاد وسيلة تنبه سائق القطار إلى ما يجب عليه عمله وتوصل إليه الأوامر من بعد. وكان أول ما استخدم منها أقراص أو كرات ملونة وفوانيس كانت تعلق على أعمدة عالية ليشاهدها السائق، ثم انتشر استعمال الإشارات الميكانيكية ذوات الذراع الواحد الذي تختلف أوضاعه بحسب الأوامر المراد إعطاؤها (الشكل 1) وأضيفت إليها فوانيس تتقد خلف مرشح ملون بالأحمر أو الأخضر بحسب وضع الذراع يساعد على رؤية الذراع ليلاً، وقد تطورت هذه الملوِّحة الميكانيكية لتصبح بذراعين. ثم صار مأمور الحركة يتحكم فيها من مركزه بكبول فولاذية، كما صار يتحكم في مفاتيح تحويل الحركة، وتم بعد ذلك استخدام التشبيك الميكانيكي بين مختلف الأذرع والمفاتيح فأصبح تحريك ذراع الملوِّحة الميكانيكية مرتبطاً بأوضاع المفاتيح في المحطة.

الشكل (2) الملوّحة الضوئية

واستعيض عن الفوانيس بمصابيح كهربائية بعد تعميم استخدام الطاقة الكهربائية وظهرت فكرة استعمال إشارة واحدة لها الدلالة نفسها ليلاً ونهاراً، فظهرت الملوِّحة الضوئية (الشكل 2) التي توفر حزمة ضوئية ملونة تمكن رؤيتها ليلاً أو نهاراً من مسافة بعيدة. وظهرت بعدها الملوِّحة الضوئية المتعددة، وما زالت هي الوسيلة الأساسية في أجهزة الإشارات. ورافق ذلك استعمال الطاقة الكهربائية لتحويل المفاتيح من وضع إلى آخر ومراقبتها، ومراقبة أوضاع الخطوط بوساطة دارات كهربائية خاصة بالسكك الحديدية.

أنواع إشارات تنظيم الحركة

تختلف هذه الإشارات بحسب الغاية منها وأهم أنواعها: إشارة الدخول وهي تنظم دخول القُطُر إلى المحطة، وإشارة الخروج وهي تنظم خروج القُطُر من المحطة، وإشارة المناورة وهي تسمح بالتحرك ضمن حدود المحطة لإجراء عمليات المناورة على القُطُر، وإشارة التحذير وهي تنبه إلى وضع الإشارة القادمة قبل ظهورها، وإشارة الإغلاق وهي تغلق تقاطعاً أو جسراً أو نفقاً أو تسمح باجتيازه، وإشارة الحدبة وهي تنظم انحدار الشاحنات إلى باحات الفرز، وأخيراً إشارة العبور وهي تنظم انتقال القطار من جزء معزول إلى آخر على السكة الخارجية.

عناصر أجهزة الإشارات

وهي تتألف من:

الشكل (3) الملوّحة الضوئية الطويلة

الملوِّحات الضوئية: تختلف الحاجة إلى رؤية الإشارات بحسب موقعها، وتستعمل الملوّحات الطويلة (الشكل 3) عند الحاجة إلى رؤيتها من مسافة 1000 متر وأكثر، وتستعمل الملوّحات القصيرة (الشكل 4) عند الحاجة إلى رؤيتها من مسافة 200- 400 متر. وتكون المجموعات الضوئية بعضها فوق بعض وتضاف إليها نواثر لزيادة عرض الحزمة الضوئية في المنحنيات.

وتعتمد إدارات السكك الحديدية ألواناً أساسية لدلالات الإشارات فتستعمل اللون الأحمر للدلالة على الخطر ووجوب التوقف، وذلك لبعد مسافة رؤيته مقارنة ببقية الألوان عند تساوي لمعانها، وقلة تشوهه بفعل العوامل الجوية. وأما اللون الأصفر فيقترب من الأحمر عند تشوهه بفعل العوامل الجوية، ويستعمل للدلالة على وجوب تخفيض السرعة أما اللون الأخضر فهو ضوء السماح بالحركة.

الشكل (4) الملوّحة الضوئية القصيرة

وقد تستعمل ألوان أخرى كالأبيض القمري والأزرق للدلالات الثانوية التي لا تتحرك القُطُر عندها بسرعات كبيرة.

دارات كهربة السكة: تعتمد دارة كهربة السكة على استخدام القضبان الحديدية نواقل للتيار بعد قصرها كهربائياً عند الجبائر (الجبيرة أداة وصل القضبان الحديدية في نهاياتها)، وبعد عزل القضبان كهربائياً عند بداية الدارة ونهايتها بجبائر خاصة (الشكل5).

وتغذى الدارة من أحد أطرافها بالتيار المستمر أو المتناوب بجهد صغير تلتقطه عند نهايتها مرحِّلة خاصة فتجذب حافظتها. وتسقط حافظة هذه المرحِّلة عندما يدوس القطار فوق الدارة فتقتصر دارة القضبان الحديدية وينقطع التيار عن المرحِّلة. وبعد أن يجتاز القطار الدارة تتحرض المرحِّلة ثانية.

ومن فوائد دارة كهربة السكة أيضاً إرسال إشارات إلى القاطرة عندما تمر فوقها، وتلتقط القاطرة هذه الإشارات عن طريق وشائع خاصة أمام محورها الأول فتحللها وتضيء أمام السائق دلالات يدرك السائق المقصود منها.

وتستعمل دارات كهربة السكة في المحطات كذلك (الشكل 6) لمنع دخول قطار إلى خط مشغول وتقييد حركة المفاتيح عند وجود قطار فوقها.





محركات المفاتيح: وهي محركات كهربائية ميكانيكية تتحكم في إبر المفاتيح (المقصات) فتبدل أوضاعها (الشكل7) بتحويل الحركة الدورانية للمحرك الكهربائي إلى حركة مستقيمة، ويفصل التيار عن المحرك عند انتهاء شوط حركة الإبرة مع التحقق من صحة التصاق الإبر بوساطة مساطر مراقبة تهيئ الدارة الكهربائية لعكس اتجاه دوران المحرك وإعادة الإبرة إلى الوضع الابتدائي.

المرحِّلات: وتعمل بالتيار المستمر أو المتناوب، وتقوم بتحديد الدارات بحسب المناطق، لمراقبة إضاءة الإشارات، وصحة دلالاتها وأوضاع المفاتيح، وخلو دارات السكة أو شغلها، وحجز المسارات في أثناء مرور القطار فوقها وإنهاء حجزها.

الشكل (7) محرك مفتاح المقص

التجهيزات المساعدة: وتشتمل على محولات خاصة لرفع الجهود وخفضها لتغذية مختلف الدارات الكهربائية، كما تشتمل على وحدات تغذية عديمة الانقطاع لضمان استمرار التغذية عند انقطاع التيار العام وتتألف من مقومات ومدخرات ومبدلات للتيار من مستمر إلى متناوب. وتستخدم كبلات كهربائية خاصة تحتوي على عدد كبير من الأسلاك لتوزيع التغذية الكهربائية على مختلف التجهيزات.

أنواع أجهزة الإشارات

تتنوع أجهزة الإشارات بحسب الغرض منها وبحسب طريقة إدارة حركة القُطُر، ويمكن تقسيمها إلى أجهزة المحطات وأجهزة السكك الخارجية، ولكنها تؤلف في خاتمة المطاف وحدة عضوية لضمان حركة القُطُر واستمرارها على كامل الشبكة من دون عائق.

أجهزة المحطات: وهي تتألف من:

أجهزة المراقبة الميكانيكية: وتزود بها المحطات القليلة الحركة، إذ يزود كل مفتاح بقفلي مراقبة يغلق كل منهما المقص (الإبرة) في إحدى وضعيتيه، ويمكن نزع أحد المفاتيح من قفله الذي يحجز المقص. ويشبك وضع المفاتيح في المحطة في حاكمة الأقفال التي تعلم مأمور الحركة عن الخط الذي تم تجهيز المسار إليه فيعمد إلى فتح الإشارة المناسبة لحركة القطار آلياً ، ويمتنع عليه فتح الإشارة إذا لم تكن المفاتيح كلها مقفلة في وضعها اللازم.

أجهزة التحكم المركزي: وهي تتحكم في مفاتيح محركات التحويل الكهربائية من مركز التحكم حيث يوجد مأمور الحركة الذي يقود الإشارات وينظم حركة القُطُر وعمليات المناورة. وتضمن هذه التجهيزات تشبيك المحركات والإشارات والمفاتيح في المحطة لكي يمتنع فتح إشارتين لقطارين في وقت واحد إذا كانت حركة أحدهما تحدث خطورة على حركة الآخر، في حين تسمح فقط بالحركات التي لا تتضارب فيما بينها، كما تراقب هذه التجهيزات الحركة على المسارات من حيث خلوها وشغلها وحجزها ضمن المسار.

تتم قيادة المحطة عادة من لوحة تحكم تحتوي مخططاً كهربائياً ضوئياً يمثل المفاتيح والخطوط والمسارات وأوضاعها. ويتم تحضير المسارات وفتح الإشارات بوساطة أزرار خاصة موجودة على اللوحة ومتصلة بأجهزة التحكم. وترتبط تجهيزات التحكم المركزي أتماتياً بوضع السكة بين المحطات عند مغادرة القُطُر المحطة.

أجهزة الفرز: تخصص في المحطات الكبيرة المتعددة الخطوط باحات خاصة لإجراء عمليات فرز عربات الشحن الواردة إليها بحسب مقصدها، وتكوين قطر جديدة منها تنطلق باتجاهات مختلفة. ويتم الفرز بدفع العربات الشاحنة إلى مرتقى ramp ثم تركها تنحدر على الطرف الثاني منه تحت تأثير وزنها الذاتي، لتستقر على أحد خطوط الفرز بحسب وضع المفاتيح والمقصات أمامها. وتقاد مفاتيح مرتقيات الفرز بمحركات كهربائية أو هدروليكية تتغذى من دارات السكة كي لاتتبدل المسارات في أثناء انحدار العربات. وتحدد سرعة انحدار العربات مكابح مركبة على السكة على عدة مراحل وتتحكم فيها أتماتياً أجهزة قياس سرعة انحدار العربات.

الشكل (8 ـ أ) الحجز الأتماتي: تغيير الأضواء على ملوّحات إشارات العبور بحسب مكان وجود القطار

تقاد العربات على باحات الفرز الحديثة أتماتياً من بعد بوساطة حواسيب تحدد لكل عربة وجهتها ومكانها في القطار والخط الذي ستفرز إليه، كما تقود القاطرة التي تدفع العربات.

تجهيزات السكة الخارجية: تشتمل تجهيزات السكة الخارجية على أنواع الأجهزة التالية:

أجهزة الحجز الأتماتية: وتزود بها السكك الخارجية بين المحطات لتنظيم المسافة بين القُطُر المتتابعة على الخط الواحد وتستخدم لهذه الغاية ملوّحات العبور (الشكل8) التي تحمل ثلاثة ألوان: الأحمر والأصفر والأخضر، وتكون على مسافات متساوية تقسم السكة إلى أجزاء معزولة لكل منها دارة كهربائية. وعند مرور القطار يتقد الضوء الأحمر على الملوّحة التي خلفه مباشرة ويتقد الضوء الأصفر على سابقتها والأخضر على سابقة سابقتها، وكلما اجتاز القطار جزءاً «معزولاً» تحولت الألوان على الملوّحات خلفه محافظة على ترتيبها نفسه أتماتياً، وبذلك يتعرف سائق القطار اللاحق الأجزاء المعزولة التي تفصله عن سابقه. وينظَّم عمل دارات السكة بتغذيتها بإشارات كهربائية مرمزة ترسل إلى مرحِّلة الدارة ويتولى جهاز خاص تفكيك رموزها فيتقد الضوء المناسب على ملوّحة العبور.

الشكل (8 ـ ب) مبدأ عمل إشارات الحجز الأتماتي الضوئية في قطاع محدد من الطريق

أجهزة الحجز نصف الأتماتية: تركب هذه التجهيزات في المحطات وفي نقاط متوسطة بينها عند الحاجة. وهي تنظم عمليات فتح الإشارات في المحطات لكي لا تسمح بوجود أكثر من قطار واحد بين المحطتين المتجاورتين ولا تمكن إعادة فتح إشارة الخروج مرة أخرى إلا بعد إعلام محطة الانطلاق عن وصول القطار إلى المحطة المجاورة.

أجهزة التقاطعات والحواجز الأتماتية: وهي تنبه سالكي الطرق المتقاطعة مع السكة بأجراس وأضواء حمر متقطعة، إلى اقتراب القطار ووجوب توقف الحركة عند التقاطع. وتضاف إليها عند الحاجة حواجز تغلق الطريق أمام حركة السيارات والمشاة (الشكل9). كذلك فإن إشارة الإغلاق هذه تبلغ سائق القطار عن جاهزية الممر للعبور أو ضرورة التوقف لوجود عائق ما.

أجهزة التأشير في القاطرة: وهي أجهزة مركبة في القاطرة نفسها تعلم السائق عن وضع القطار، ومنها:

إشارة القاطرة: عند تحرك القاطرة على سكة مجهزة بأجهزة الحجز الأتماتي، ترسل إليها دارة كهربة السكة رموزاً تبين ماهية الضوء المتقد على الملوّحة التي تقترب القاطرة منها، فتلتقطها وشائع خاصة معلقة في مقدم القاطرة وترسلها إلى مضخم ومفكك للرموز ومنه إلى مصباح أمام السائق يصدر ضوءاً «مماثلاً» للضوء الذي يتقدم نحوه، وهي بذلك تجنب السائق الاعتماد على الرؤية المباشرة في الحالات الجوية السيئة كالضباب أو الغبار أو المطر.

الشكل (9) حاجز إغلاق الطريق أتماتياً

ذراع التنبيه: وهي جهاز إنذار في القاطرة يعمل عند اقتراب القطار من ضوء أصفر أو أحمر فينبه السائق صوتياً «وضوئياً» إلى وجوب تخفيض السرعة أو التوقف، ويجب على السائق في هذه الحالة أن يضغط على «ذراع التنبيه» دورياً فإذا لم يفعل ألجم القطار أتماتياً. وقد تطورت هذه الأجهزة حديثاً وازدادت تعقيداً وضماناً، وغدت تقوم بإيقاف القطار أتماتياً في حال تجاوزه خطأ إشارة حمراء، أو تخفض سرعته إلى الحد المسموح به عند تجاوزه إشارة صفراء.

منظومة التحكم المركزية: وهي مجموعة أجهزة مطورة تتم بوساطتها مراقبة حركة القُطُر والتحكم فيها على قطاع من الخط الحديدي يضم عدة محطات ترتبط بالمركز بأجهزة تحكم عن بعد، وتشتمل على أجهزة الحجز الأتماتي. يتحكم المركز في كل قطاع عن طريق إرسال رموز القيادة واستقبال رموز المراقبة من المحطات بوساطة أجهزة ترميز وتفكيك رموز موجودة في كل محطة من المحطات وفي مركز التحكم، ويقوم مأمور المركز بفتح الإشارات ومراقبة حركة القُطُر والتحكم فيها على القطاع بكامله بمساعدة لوحة التحكم في مقره.

نظام الإشارات

وهو ترجمة دلالات الإشارات الضوئية إلى أوامر محددة يتلقاها السائق وينفذها، ويتطلب ذلك منه المعرفة التامة بها. وفي الشكلين (10-11) نظامان للإشارات يوضحان العلاقة بين إشارات الدخول والخروج في مختلف حالات دخول القُطُر المحطة وعبورها.