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Passagens de nível: como as barreiras automáticas sabem que um trem está chegando

Uma passagem automática não tem ninguém observando a linha. Um detector colocado a uma distância definida na via aciona as luzes e as barreiras, e essa distância é aritmética simples: a velocidade do trem multiplicada pelo tempo que a via precisa.

Quando uma estrada cruza uma ferrovia no mesmo nível, algo precisa parar o trânsito antes que o trem chegue. Em uma passagem automática ninguém faz isso a olho. O trem se anuncia à via, a via avisa o equipamento, e as luzes e barreiras funcionam em uma ordem fixa. Cada etapa usa uma ideia física simples, e a posição do detector se resume a uma multiplicação.

Detectando o trem

Há três formas comuns de saber que um trem está em um trecho da linha.

Circuitos de via. Uma tensão baixa é aplicada em um trilho, percorre o trilho, passa para o outro trilho e retorna por um relé. Enquanto a linha está livre, a corrente mantém o relé energizado. Quando um trem chega, suas rodas e eixos de aço ligam os dois trilhos e desviam a corrente do relé, que cai. A mesma ideia mantém os trens separados na linha principal, como descrito em como a sinalização ferroviária mantém os trens separados. A relay that has dropped means "occupied", and the crossing equipment reads that as a train in the section.

Contadores de eixo. Em vez de usar as rodas como um curto elétrico, um sensor em cada extremidade de um trecho conta os eixos que entram e os que saem. Se 12 eixos entram e 12 saem, o trecho está livre. Se os números forem diferentes, ele é considerado ocupado. Contadores de eixo não dependem de uma conexão elétrica limpa pelos trilhos, então ferrugem ou folhas sobre o trilho não os confundem.

Pedais de via. Um pedal de via é um dispositivo na lateral do trilho que é pressionado ou detectado quando a aba de uma roda passa. Ele registra cada roda que passa como um pulso. Pedais são simples e também são uma forma de contagem, então aparecem em instalações mais antigas e como complemento dos outros dois.

Onde fica o detector

Detectar um trem na própria passagem de nível seria inútil. A via precisa de tempo antes: as luzes piscam, os sinos tocam, e só então as barreiras descem e os motoristas precisam parar ou desocupar a passagem. Por isso o detector fica a alguma distância na linha, no ponto de acionamento. When a train reaches it, the sequence starts.

A que distância na linha ele fica depende de duas coisas: a velocidade do trem e quanto tempo o aviso precisa durar. A relação é a básica para qualquer velocidade constante:

distância = velocidade × tempo de aviso

O tempo de aviso é uma escolha de projeto, definida pela autoridade rodoviária ou ferroviária para a passagem em questão. Ele precisa cobrir as luzes, o percurso das barreiras e uma margem para um veículo já dentro da passagem. Os 27 segundos usados aqui são um valor ilustrativo, não uma regra de nenhum país. Considere uma velocidade de linha de 100 mph, ou cerca de 160 km/h:

Assim, o detector fica cerca de 1.2 km antes da passagem. Um trem que passa por ele na velocidade da linha chega à passagem 27 segundos depois. O próximo gráfico aplica os mesmos 27 segundos a outras velocidades.

Distância do detector até a passagem para um aviso de 27 segundos, um valor ilustrativo. A relação é linear: dobre a velocidade e a distância dobra, de 302 m a 25 mph até 1,207 m a 100 mph.

Observe o contraste com a frenagem, em que dobrar a velocidade quadruplica a distância. Aqui a relação é direta, porque o trem não está desacelerando; ele simplesmente percorre o dobro do caminho no mesmo tempo.

O problema dos trens lentos

O ponto de acionamento é fixo, mas nem todos os trens andam na mesma velocidade. Um trem a 25 mph que aciona um detector colocado para 100 mph leva 1,207 m ÷ 11.18 m/s, cerca de 108 segundos, para chegar à passagem. As barreiras ficariam abaixadas por quatro vezes o tempo necessário, e os motoristas esperariam sem nada à vista. Uma passagem que dá alarme falso ensina as pessoas a contornar as barreiras.

Passagens em linhas com velocidades mistas, portanto, lidam com isso de uma de duas formas. Algumas medem a velocidade usando dois detectores a uma distância conhecida entre si, e iniciam a sequência em um ponto escolhido para aquela velocidade. Outras adicionam um temporizador, para que o aviso seja ajustado. Ambas restauram o tempo de aviso pretendido, qualquer que seja a velocidade do trem.

Projeto à prova de falhas

O principal princípio de segurança é que uma falha deve custar ao usuário da via algum conforto, e nunca alguma segurança. Os relés são construídos para cair por gravidade, então a perda de energia os derruba, e um relé caído significa "trem presente". Da mesma forma, um trilho quebrado, um cabo rompido ou uma alimentação morta parecem um trecho ocupado.

O resultado é que a perda de energia deve deixar as barreiras abaixadas, e não levantadas. Motoristas são parados por uma barreira desnecessária, o que é um incômodo. Não são deixados para atravessar uma ferrovia ativa sem aviso, o que é um perigo. Falhas do lado errado, em que o equipamento mostra seguro quando não está, são as que os projetistas mais se esforçam para evitar.

Juntando tudo

  1. Detectar: um trem entra no trecho do ponto de acionamento e derruba um relé ou altera a contagem de eixos.
  2. Avisar: as luzes piscam e os sinos tocam.
  3. Abaixar: as barreiras descem assim que a via teve tempo de reagir.
  4. Liberar: quando o trem já passou da passagem, o trecho fica livre e as barreiras sobem.

A ficha na loja de Valley Rail: Magnata de Trens menciona passagens de nível com sinalização automática. Não diz como detectam trens, então tudo acima é engenharia do mundo real, não uma descrição do jogo.

O que levar disso

Valley Rail: Magnata de Trens permite arrastar trilhos entre cidades, comprar um trem e executar a rota sozinho, com passagens de nível que têm sinalização automática. O dinheiro que cada viagem rende existe apenas no jogo e não tem valor em dinheiro. Valley Rail está em testes fechados e ainda não está disponível publicamente.