Joe Monster
Szukaj Pokaż menu
Witaj nieznajomy(a) zaloguj się lub dołącz do nas
…NIECODZIENNIK SATYRYCZNO-PROWOKUJĄCY

Transport kolejowy: tory i rozjazdy

27 124  
224   44  
Siedzę sobie na budowie w kamizelce odblaskowej, a po pracy, zamiast piwa, artykułów się zachciewa (no dobra, piwko po robocie jest ważne).


Świadomość, że gdzieś w środku mogę być mikolem jest przerażająca, ale z drugiej strony może po prostu lubię swoją pracę, a samo kolejnictwo jest cholernie ciekawe. Nieważne. Dzisiaj opowiem Wam kilka słów o torach i rozjazdach.

Na początek jednak mała errata do poprzedniego artykułu:
  • Napisałem, że prędkość manewrowa wynosi 20 km/h. Jak słusznie zauważono w komentarzach, wynosi ona 25 km/h, a w ogólności stosuje się prędkości z zakresu 3 – 40 km/h.
  • Napisałem, że maszynista siedzi zawsze po prawej stronie kabiny. Otóż w wielu nowych zespołach trakcyjnych (np. Pendolino) fotel ustawiony jest centralnie, a osygnalizowanie manewrującego taboru oznacza stronę, z której są podawane sygnały manewrowe.
  • Namieszałem też trochę w definicji pociągu. Definicja ustawowa jest następująca: Dz.U. 2015 poz. 360 § 8. 1. Pociąg jest to skład wagonów lub innych pojazdów kolejowych sprzęgniętych z czynnym pojazdem trakcyjnym lub pojazd trakcyjny osygnalizowany i przygotowany do jazdy lub znajdujący się w drodze. Oznacza to, że wcale nie musi mieć trzech świateł, a w dodatku jest pojęciem jak najbardziej realnym i umocowanym prawnie.
Było jeszcze trochę innych nieścisłości, ale wyjaśnię je przy okazji artykułu o sterowaniu.

Projektowanie w planie i profilu
Podobnie jak w przypadku projektowania dróg kołowych, linię kolejową trzeba zaprojektować na mapie. W artykułach o projektowaniu dróg wyjaśniłem już, czym jest sytuacja i niweleta. Na kolei prawie zawsze wykonujemy projekt odbudowy linii kolejowej w śladzie, czyli po istniejących budowlach ziemnych (zdejmujemy stare tory i kładziemy nowe w to samo miejsce). Zawsze jednak staramy się przeprowadzić optymalizację pod kątem prędkości. Pociąg rozpędza się bardzo długo, dlatego wszelkie lokalne ograniczenia prędkości generują straty energii i wydłużają czas jazdy. Często jest tak, że opłaca się zburzyć komuś chałupę, żeby przesunąć tor i nasyp o 4 metry w celu zabudowania łuku o większym promieniu, co pozwoli na podniesienie prędkości o 10 km/h. Dążymy też do wpisywania długich łuków kołowych o dużych promieniach w miejsce istniejących skomplikowanych łuków koszowych (prosta, krzywa, łuk, krzywa, łuk, krzywa, prosta). W dawnych czasach geodezja nie była tak rozwinięta jak dziś, a linie kolejowe budowano na o wiele niższe prędkości. Panowie inżynierowie szli w teren i patrzyli, którędy będzie najlepiej poprowadzić linię. Jak nasypy wyszły krzywo, to tor trzeba było jakoś dostosować. Dziś dysponujemy zaawansowanymi programami graficznymi, które „same” potrafią wyliczyć krzywe i przechyłki do wybranych przez projektanta łuków. Mamy mapy numeryczne 3D, więc jesteśmy w stanie określić ilość metrów sześciennych gruntu, który trzeba będzie dokopać dla 100 km nasypów. Oprócz wykreślenia toru w planie wykonujemy też obliczenia kinematyczne układu torowego w celu wykazania zgodności z przepisami. Określić należy m.in. niedomiar i nadmiar przechyłki, nagłą zmianę niedoboru przechyłki oraz przechyłkę ekwiwalentną.


Metoda wyznaczania zmiany promienia krzywej przejściowej po długości

Ciasnym łukiem (pojęcie niefachowe) nazywamy promienie poniżej 250 m, wtedy trzeba stosować specjalne ulepszone cieplnie szyny w celu zmniejszenia ich zużycia. Łuk, po którym można spokojnie przejechać setką zaczyna się koło 600 m, ale tylko przy dość dużej przechyłce. Dla pasażerów przyjemne są łuki powyżej 1000 m. Oczywiście te parametry podaję tylko orientacyjnie. Wartości graniczne dla danej prędkości zależą od wielu czynników obliczeniowych i geometrycznych.
Przeciętnemu zjadaczowi chleba wystarczy wiedzieć, że linie kolejowe projektuje się tak jak drogi (łuk, krzywa przejściowa, prosta), ale z 10 razy większą dokładnością i rozmachem. Matematyka, geometria wykreślna i mechanika bryły sztywnej w czystej postaci.


Model 3D na mapie numerycznej

Niweleta kolejowa (profil podłużny) jest tematem bardzo drażliwym. Maksymalne dopuszczalne pochylenie toru wynosi (w zależności od różnych przepisów i warunków) między 6 a 20 promili (metrów na kilometr). W przypadku dróg mówiliśmy o procentach.


Gdzieś na polskich drogach

Ile znacie wiaduktów kolejowych, pod którymi nie mogą przejechać ciężarówki? Dlaczego nikt ich nie podnosi? Nastawiają znaków ostrzegawczych o niezachowanej skrajni budowli i tyle.
Podniesienie obiektu kolejowego o metr w górę spowoduje konieczność przebudowania toru przed i za obiektem na długości setek metrów. Trzeba podnieść nasypy, które będą musiały mieć szersze podstawy. Trzeba będzie burzyć domy. Zmieni się propagacja hałasu i stosunki gruntowo-wodne... Niech już lepiej ciężarówki jadą naokoło.
Na stacjach kolejowych pochylenie podłużne powinno wynosić 0 promili (tzw. równia stacyjna), żeby odstawione wagony nie zbiegały z torów stacyjnych, a ruszanie pociągiem było łatwiejsze.
A dlaczego kolej musi być taka płaska? Bo siła tarcia stalowego koła o stalową szynę jest bardzo mała. Punkt styku ma około 2 cm^2 (razy liczba kół). Bardzo orientacyjnie, przeciętny człowiek powinien móc przepchnąć pusty wagon tramwajowy, a większy samochód osobowy jadący po asfalcie będzie w stanie pociągnąć pełną węglarkę stojącą na torze obok drogi (oczywiście wszystko znowu zależy tutaj od bardzo wielu czynników). To dzięki tej małej sile tarcia kolej jest taka ekonomiczna do transportu towarów masowych.


Tak wygląda przykładowa niweleta linii kolejowej

Na temat niwelety kolejowej należy zapamiętać tyle, że pochylenie toru musi być 10 razy mniejsze niż analogiczne pochylenie drogi kołowej. Wszelkie przeszkody terenowe wymagają dużych i długich budowli ziemnych i obiektów inżynieryjnych. Zazwyczaj o wiele łatwiej (i taniej) jest przesunąć drogę lub budynek, niż poprawiać setki metrów torów. Dlatego też w terenie górzystym buduje się tyle mostów i tuneli.


Wiadukt w Ludwikowicach Kłodzkich

Dla zainteresowanych, wszystkie parametry geometryczne dla linii kolejowych można znaleźć w tym dokumencie: Link

Nawierzchnia kolejowa
Tor kolejowy konwencjonalny składa się z następujących elementów:
Szyna
Produkowane są dwa rozmiary kolejowe: 60E1 i 49E1 (liczba oznacza kg na metr szyny). Produkowane są w hucie metodą walcowania na gorąco. Huta Katowice sprzedaje szyny o długości 200 m, a zagraniczne huty potrafią produkować nawet 400 m. Są to tzw. szyny długie, które po ułożeniu w miejscu wbudowania są spawane ze sobą elektrooporowo lub termitowo w jedną baaaardzo długą szynę. Jest to tzw. tor bezstykowy.


Spawarka elektrooporowa

Starożytna technologia polegająca na łączeniu 12-metrowych szyn łubkami nazywana jest torem stykowym lub klasycznym. Zapamiętać należy tylko, że bezstyk jest cichy i nowoczesny, ale lubi czasem wyboczyć się, natomiast tor klasyczny jest głośny (tu tum, tu tum), szybciej się niszczy i częściej pęka.


Szyna 60E1


Tak wygląda wyboczenie...


...a tak wyrypany styk klasyczny (to błocko to wychlapy, czyli wybita dziura pod pracującym podkładem w miejscu styku)

Dlaczego tor się wybacza?

Wyobraźmy sobie 10 km szyny przytwierdzonej do podkładów. Kiedy zaczyna świecić słonko, stal nagrzewa się do 70 stopni Celsjusza, naprężenia rosną... Jeżeli tor nie był zabudowany we właściwy sposób, albo podkłady nie są prawidłowo obsypane tłuczniem, to nagromadzone naprężenia nagle zostają wyzwolone... Przypominam, 60 kg na metr razy dwa razy 400 - 600 m (taka długość wpływa na naprężenia w jednym punkcie), plus ciężar podkładów. Potworna siła...

Każda szyna posiada wybitą na szyjce cechę, z której można dowiedzieć się wszystkich informacji na temat jej pochodzenia i właściwości. Dzięki cechom można łatwo określić, jak stare jest torowisko (przydatne dla amatorów łażenia po starych, zamkniętych liniach).
Dla zainteresowanych polecam stronę wyjaśniającą poszczególne oznaczenia na cechach: Link

Podkład

Pozioma belka podpierająca i utrzymująca we właściwej pozycji szyny. Rozstaw podkładów waha się od 60 do 100 cm (rozstaw wpływa na wytrzymałość całego układu i jest ściśle określony w przepisach). Podkłady dzielimy ze względu na materiał:
  • Drewniane dzielą się na miękkie (sosna) i twarde (buk, dąb). Podkłady drewniane są bardziej sprężyste od „betonów” i wymagają trochę mniejszej ilości podsypki. Są mniej wytrzymałe i trzeba je konserwować, jednak w sytuacji, gdy trzeba wykonać poszerzenie toków szynowych na „ciasnych” łukach lub zabudować rozjazd w skomplikowanym układzie głowicy stacyjnej, bywają niezastąpione (betony mają dziury na śruby [dyble] w ściśle określonych miejscach, co uniemożliwia regulację położenia przytwierdzenia).

Przekroje i typy podkładów drewnianych
  • Betonowe dzielą się na kilka typów różniących się wagą i nośnością. Są wykonane z betonu sprężonego strunami (strunobetonu). Mają dużą wytrzymałość i nie wymagają konserwacji. Generalnie są lepsze od drewnianych, chociaż na starość lubią pękać i bardzo ciężko je wtedy wymienić. Pod rozjazdami każdy kolejny podkład ma inny rozstaw gniazd na dyble, dlatego są one numerowane.

Jeden z wielu typów „betonów”
  • Stalowe – rzadko stosowane w Polsce ze względu na cenę. Zabudowuje się je na szczególnie trudnych odcinkach (ciasne łuki). Obecnie spotkać można przede wszystkim podkłady typu „Y”.

Podkład typu Y (tak, zawsze są zardzewiałe)

Możemy się spotkać z wieloma innymi rodzajami podkładów, ale nie chcę zbytnio zamotać zagadnienia.
Trochę więcej na temat podkładów można poczytać tutaj: Link

Przytwierdzenie
Szynę do podkładu należy przymocować. Oczywiście nie gwoździem (chociaż Amerykańcy do teraz stosują gwoździe). Do każdego typu podkładu mamy odpowiedni rodzaj przytwierdzenia. Zazwyczaj składa się ono z płytki żebrowej (przykręcanej do podkładu) oraz systemu śrub lub łapek sprężystych trzymających szynę. Pomiędzy szynę a płytkę żebrową wprowadza się przekładkę elastomerową tłumiącą drgania i prądy błądzące. Mamy też przytwierdzenia bezpośrednie, czyli (mówiąc kolokwialnie) wystające z podkładu kotwy, o które zaczepia się łapki.


Przytwierdzenie na płytce żebrowej


Przytwierdzenie bezpośrednie

Podsypka
Kompletny ruszt torowy osadzony jest w pryzmie podsypkowej. Pod podkładem jest od 25 do 35 cm podsypki, czyli kamienia łamanego o grubej frakcji, który ma za zadanie przenieść obciążenie z podkładów na podtorze oraz utrzymać ruszt torowy w niezmienionej pozycji. Podsypka jest zagęszczana specjalnymi maszynami torowymi.


Podbijarka torowa (polecam poszukanie filmów na YouTube)

Po złożeniu wszystkich powyższych elementów do kupy otrzymujemy tor kolejowy.


Dwutorówka na prostej i w łuku

Mamy oczywiście całą paletę systemów nawierzchniowych, jednak ta opisana powyżej jest najpopularniejsza i najczęściej spotykana.


Nawierzchnia bezpodsypkowa (ciągła płyta betonowa)

Rozjazdy kolejowe
Rozjazd – konstrukcja z szyn umożliwiająca przejazd pojazdów szynowych z toru zasadniczego na inny tor zwrotny (odgałęźny) lub odwrotnie bez konieczności przerwania jazdy.


Rozjazd kolejowy zwyczajny


Tutaj też

Rozjazd składa się ze zwrotnicy, szyn łączących i krzyżownicy. Zwrotnica składa się z opornic, czyli szyn zewnętrznych i ruchomych iglic, które są poruszane przez napęd. To położenie iglic decyduje, w którą stronę pojedzie pociąg.


Zawsze jedna z iglic jest przytulona do opornicy, a druga odwiedziona

Krzyżownica to element, który ma za zadanie prowadzić koła taboru w trakcie przejeżdżania przez rozjazd. Szyny skrzydłowe i kierownice utrzymują koła i zapobiegają wykolejeniu.


Tak to wygląda na gruncie


Tak wygląda rozjazd krzyżowy, który posiada dwa napędy

Rozjazdy produkowane są w kilku typach i odmianach. Parametrami charakterystycznymi jest skos, czyli odchylenie toru zwrotnego od zasadniczego oraz promień toru zwrotnego. Szczególnie promień ma wpływ na prędkość. Na torze zasadniczym można jeździć z pełną prędkością, natomiast po torze zwrotnym obowiązuje ograniczenie zależne od typu rozjazdu. Dla rozjazdów Rz-1:9-190 i Rz-1:9-300 ograniczenie wynosi 40 km/h. Dla Rz-1:12-500 60 km/h, a dla większych (i droższych) rozjazdów odpowiednio więcej. Aby zwiększyć prędkość na torze zwrotnym, rozjazdy można łukować. Przy niezmienionym skosie 1:9 tak nagina się szyny obu torów, aby promień toru „na krzywo” zwiększyć, a tor „na wprost” wygiąć w łuk. Na dobicie dodam, że wykonuje się też rozjazdy na krzywych przejściowych, gdzie promień zmienia się po długości rozjazdu na jednym i drugim torze.


Różne typy rozjazdów


Tak oznacza się rozjazdy na schemacie, czyli na rysunku bez zachowanej skali wzdłuż i w poprzek torów

Na wszelkich posterunkach ruchu, gdzie wykonuje się jakiekolwiek operacje związane ze zmianą toru lub następstwa pociągów, zabudowuje się głowice rozjazdowe, czyli grupy rozjazdów wzajemnie ze sobą połączonych. W zależności od liczby torów na stacji może to być nawet kilkadziesiąt rozjazdów na jedną głowicę. Im więcej torów ma stacja, tym więcej przebiegów trzeba zapewnić. Z każdego toru powinna być możliwość wjazdu i wyjazdu na każdy tor szlakowy. Oprócz tego musimy zapewnić wjazd na bocznice i różnego typu tory techniczne (odstawcze, pocztowe, awaryjne i inne). W mojej osobistej opinii najciekawszą rzeczą związaną z projektowaniem kolei jest właśnie projektowanie głowic rozjazdowych (zwłaszcza dużych i skomplikowanych).

Tutaj skończę przynudzanie i zapraszam wszystkich do zabawy w lokalnego odkrywcę.
Wejdźcie sobie na stronę Semaforek i wpiszcie w wyszukiwarkę nazwę stacji, z której najczęściej korzystacie (niestety nie wszystkie są wprowadzone). Pooglądajcie sobie schemat rozjazdów na Waszej stacji i sprawdźcie, po jakiej linii kolejowej najczęściej jeździcie.

To tyle na dziś. Następnym razem spróbuję napisać coś o systemach sterowania i zabezpieczeniach.

Wszystkie obrazki w tym artykule pochodzą ze stron internetowych. Najwięcej stąd oraz stąd.
Źródła wiedzy to przede wszystkim przepisy związane, czyli Standardy Techniczne ST-T1-A6, oraz instrukcja PKP Id-1.

Aha, jeszcze jedno. Kilometr nowego toru prostego kosztuje około 1,4 mln zł. Jeden rozjazd R300 około 230 tys. zł. Za kilometr całkowicie wymienionej linii jednotorowej w śladzie (wszystkie branże i ewentualne wykupy terenu) należy liczyć średnio od 3,5 do 6 mln zł (w mieście można dopisać jeszcze jedynkę z przodu).

Oglądany: 27124x | Komentarzy: 44 | Okejek: 224 osób

Dobra, dobra. Chwila. Chcesz sobie skomentować lub ocenić komentujących?

Zaloguj się lub zarejestruj jako nieustraszony bojownik walczący z powagą
Najpotworniejsze ostatnio
Najnowsze artykuły
Jak to drzewiej bywało