Nastawniki to główne aparaty elektryczne obwodu rozrządczego, za pomocą których maszynista dokonuje zmian w obwodzie głównym pojazdu trakcyjnego. Nastawniki są połączone w zespoły, poprzez które maszynista steruje prędkością pojazdu, regulacją mocy oraz decyduje o kierunku jazdy pojazdu. Nastawniki sterowane są za pomocą koła lub dźwigni uruchamianych ręcznie przez maszynistę. Dźwignia powoduje obrót wałka, który z kolei powoduje łączenie się lub rozłączanie odpowiednich styków. W ten sposób dokonuje się odpowiednich łączeń w układzie rozrządu, który steruje obwodem głównym.
Nastawniki można podzielić ze względu na rodzaj zmian jaki mogą powodować:
- nastawnik główny służy do rozruchu pojazdu i regulacji prędkości. W elektrycznych pojazdach trakcyjnych dokonuje się to poprzez załączanie i wyłączanie odpowiednich styczników, które zamykają lub otwierają obwody poszczególnych grup rezystorów rozruchowych oraz zmieniają układy połączeń silników trakcyjnych. W pojazdach spalinowych z przekładnią elektryczną zmiana prędkości jazdy dokonywana jest przez zmianę wzbudzenia prądnicy głównej oraz poprzez regulację dopływu paliwa do silnika spalinowego. W pojazdach spalinowych z przekładnią mechaniczną lub hydrauliczną dokonuje się tego poprzez zmianę biegów;
- nastawnik bocznikowania służy także do regulacji prędkości pojazdu. Ten sposób polega na włączaniu w obwód wzbudzenia silnika odpowiedniej rezystancji z bocznikiem indukcyjnym, co powoduję zmianę prędkości jazdy. Nastawnik bocznikowania również powoduje przełączanie odpowiednich styczników.
- nastawnik kierunkowy służy do ustalania kierunku ruchu pojazdu. W pojazdach elektrycznych i spalinowych z przekładnią elektryczną nastawnik kierunkowy połączony jest z nawrotnikiem i sterując nim powoduje przełączanie uzwojeń wzbudzenia silników trakcyjnych w zależności od zamierzonego kierunku jazdy. W pojazdach spalinowych z przekładnią mechaniczną lub hydrauliczną zmiana kierunku jazdy polega na zazębieniu odpowiednich kół zębatych w mechanicznym nawrotniku. Nastawnik ten posiada zwykle 3 pozycje: "w przód", w "w tył" i pozycję "0";
- nastawnik hamowania znajduje się tylko w pojazdach wyposażonych w hamowanie elektrodynamiczne. Służy on do regulacji intensywności hamowania elektrodynamicznego. Może on być także połączony z nastawnikiem kierunku. Wówczas nastawnik kierunku posiada dodatkową pozycję "H" i przełączenie nastawnika kierunkowego na tą pozycję powoduje przygotowanie obwodu głównego do hamowania, a intensywność hamowania reguluje się wówczas nastawnikiem głównym. W ten sposób unika się stosowania dodatkowego wału hamowania;
- nastawnik rozruchu silnika spalinowego stosowany niekiedy wyłącznie w pojazdach spalinowych powoduje przygotowanie pojazdu do pracy.
Ze względu na zasadę działania rozróżnia się nastawniki walcowe oraz nastawniki krzywkowe.
Nastawnik walcowy składa się z izolowanego walca, na którym umieszczone są płyty stykowe (mosiężne lub miedziane). Równolegle do walca przymocowana jest płyta izolacyjna, na której umieszczone są styki palcowe. Obrotami walca steruje maszynista za pomocą dźwigni lub koła. Obrót walca powoduje zwieranie odpowiednich styków z płytami stykowymi umieszczonymi na wale. W ten sposób zamykają i otwierają się poszczególne układy elektryczne w obwodzie rozrządu.
Nastawnik krzywkowy składa się z wału, na którym umieszczone są izolowane tarcze krzywkowe o różnych średnicach i wycięciach. Krzywki te posiadają odpowiednie wycięcia o różnej długości. Po obwodzie krzywek ślizgają się rolki, które połączone są ze stykiem ruchomym za pomocą dźwigni. Rolka jest dociskana do krzywki za pomocą sprężyny, która naciska na dźwignię. Podczas obrotu wału krzywki obracają się i w określonym położeniu rolka wpada w wycięcie krzywki powodując zwarcie styków i w ten sposób powoduje się zmiany w obwodzie rozrządczym. Takie rozwiązanie ma tą zaletę, że można uzyskać dużo pozycji przy niewielkich rozmiarach nastawnika.
Liczba pozycji nastawnika głównego uzależniona jest od układu elektrycznego i stopni rozruchowych. Przykładowo w lokomotywie elektrycznej serii EU07 nastawnik główny posiada 44 położenia:
- położenie 0;
- 28 położeń dla jazdy z szeregowo połączonymi grupami silników trakcyjnych (jazda szeregowa);
- 15 położeń dla jazdy z równolegle połączonymi grupami silników trakcyjnych (jazda równoległa).
Dodatkowo w lokomotywie tej znajduje się nastawnik bocznikowania uzwojeń wzbudzenia silników trakcyjnych mający położenie 0 i 6 położeń bocznikowania.
Elektryczny zespół trakcyjny serii EN57 wyposażony jest w nastawnik główny, który posiada 7 pozycji:
- położenie 0;
- P - przetok (szeregowo połączone grupy silników trakcyjnych i razem z nimi rezystory rozruchowe);
- S - (szeregowo połączone grupy silników trakcyjnych);
- R - (równolegle połączone grupy silników trakcyjnych);
- 3 - położenia bocznikowania uzwojeń silników trakcyjnych (nie ma dodatkowego wału bocznikowania uzwojeń).
Wszystkie wały nastawników ułożyskowane są wewnątrz konstrukcji wsporczej wykonanej z ram. Boki nastawnika okrywa osłona odejmowalna. Do nastawnika doprowadzone są wiązki przewodów poszczególnych styczników obwodu rozdządu. Na górze znajduje się koło nastawnika głównego, oraz dźwignie pozostałych nastawników. Niektóre dźwignie są odejmowalne (dźwignia nastawnika kierunkowego). Przed przypadkowym przestawieniem się wału nastawnika chronią odpowiednie zębatki, w które wpada zębatka nastawnika. Uniemożliwia to samoczynne przestawienie się nastawnika (np. w wyniku wstrząsów). Niektóre nastawniki połączone są z dźwignią czuwaka aktywnego. W czasie jazdy maszynista musi stale trzymać rękę na dźwigni nastawnika, zwolnienie powoduje uruchomienie hamowania pociągu.
Aby nie doszło do pomyłek podczas sterowania pracą pojazdu (które mogłyby uszkodzić układ sterowania) stosowane są odpowiednie blokady wykluczające ewentualne błędy podczas sterowania. Na przykład w lokomotywach wyposażonych w nastawnik główny, bocznikowania i kierunkowy stosowane są następujące zależności:
- w przypadku, gdy nastawnik kierunku znajduje się w położeniu 0 nie jest możliwe uruchomienie nastawnika głównego i nastawnika bocznikowania;
- w przypadku gdy nastawnik główny i bocznikowania znajdują się w pozycji różnej od 0 nie jest możliwe przestawienie nastawnika kierunkowego na pozycję 0.
W niektórych przypadkach stosowane są jeszcze następujące blokady:
- nastawnik bocznikowania można uruchomić tylko wówczas, gdy nastawnik główny ustawiony jest na pozycjach bezoporowych;
- nastawnik główny można uruchomić tylko wówczas, gdy nastawnik bocznikowania ustawiony jest w pozycji 0.
Zastosowanie nastawników
Nastawniki służą do regulacji pracy pojazdu trakcyjnego, zarówno regulacji prędkości i mocy jak i nastawiania kierunku jazdy. Dzięki nastawnikom jazdy maszynista może bezpiecznie sterować pojazdem, gdyż do nastawnika nie jest doprowadzane wysokie napięcie.
Główne parametry nastawników
Poniżej podane są parametry dla nastawnika głównego:
- napięcie znamionowe [V];
- napięcie probiercze izolacji (50 Hz) [V];
- prąd znamionowy styków [A];
- docisk styków [kG] lub [N];
- liczba pozycji (z wyszczególnieniem);
- obrót wału [o];
