Kapitola I. Historie a současnost železničních staveb (ČÁST 1)

Historie

Rozvoj železnic souvisí s rozvojem průmyslu na začátku 19. století, kdy vznikla potřeba dopravy většího množství lidí a zboží. Do té doby toto obstarávaly formanské vozy a poštovní dostavníky. I tato doprava byla značně komplikována různými mýty, cly a místními zvykovými právy např. právo ztroskotání. Co spadlo na silnici patřilo majiteli panství viz [1], [2]. Tento způsob dopravy však nemohl stačit bouřlivému rozvoji průmyslu 19. století.

Obr. 1.1.Kolejnici zpočátku tvořily podélné   Obr. 1.2.  Pozdější konstrukce kolejnice

Kolébkou železnic byla Anglie.  Na začátku byla kolejnice. První zmínka o kolejnicích je z 18. století. Objevily se na důlních drahách, kde přišli na to, že kůň utáhne po kolejnicích desetinásobek toho co po silnici. Zpočátku to byly jen dřevěné desky nebo dřevěné trámy. Vedení kol vozů bylo řešeno obvykle vodícím prknem na straně těchto trámů.

Obr. 1.3. Wattův parní stroj
Obr. 1.4  Wattův odstředivý regulátor
 

Dalším vynálezem, který umožnil rozvoj železnic, byl Wattův parní stroj a z něj vznikla lokomotiva.

Čechy a Morava byli v té době součástí rakouského mocnářství. Naše území bylo průmyslovým centrem Habsburské říše. Proto bylo nutné řešit dopravu v této oblasti. Už roku 1828 začal provoz na první železnici na území Čech. Byla jím koněspřežní Trať z Českých Budějovic přes Linec do Gmundenu, otvíraná postupně od r. 1827, byla zároveň první takovouto drahou na evropském kontinentě. Na této trati jezdili vlaky tažené koňmi. Trať měla spojit Vltavu a Dunaj. Železniční svršek se poněkud lišil od dnešního. Na pražcích, vzdálených 1 sáh (1,896 m) od sebe byly upevněny podélné trámy a na nich pak přikovány 3 metry dlouhé litinové kolejnice. Rozchod byl 1106 mm. Pražce byly uloženy v kamenných stoličkách tvaru U, které byly samostatné pro každou kolejnici (viz např. Obr 1.5 ).

Obr. 1.5 Část trati Linecko-budějovické dráhy s kolejnicemi tvořenými železnými pásy na trámech, upevněných v  kamenných stoličkách.

Obr. 1.6.Rekonstruovaný vůz Linecko-Budějovické dráhy na obnoveném několikasetmetrovém úseku v Rakousku

Rozvoj železnic už z lokomotivami začal na našem území na Moravě. Důvod byl prostý, Vídeň je blíž k Moravě a nemusí se překonávat žádná pohoří. A tak první lokomotivu viděli roku 1839 v Břeclavi a roku 1841 v Olomouci. Trasy procházely moravskými nížinami. 

První železnicí, určenou od počátku výhradně pro provoz parních lokomotiv, byla u nás od r.1839 Severní dráha Ferdinandova, jejíž hlavní trať vedla z Vídně přes Břeclav – Přerov - Bohumín do Haliče, doplňovaly je odbočné trati z Břeclavi do Brna a z Přerova do Olomouce.

Obr. 1.7 Historická mapa železniční sítě – Severní dráha Ferdinandova

V té době docházeli na vídenskou dvorní kancelář žádosti a návrhy tíkající se stavby železné dráhy do Prahy. Dvorská kancelář dlouho odkládala rozhodnutí až nakonec zvítězila myšlenka státních drah. Roku 1841 začal inženýr Negrelli vyhledáváním nevhodnější trasy Olomoucko - pražské. Začala dlouhá etapa příprav stavby projektování výkupy pozemků a posléze vlastní stavba. Trať byla vedena z Olomouce přes Českou Třebovou do Polabské nížiny. Přes Pardubice a Kolín do Prahy. Praha byla v té době město obehnané hradbami. Praha se dočkala lokomotivní železnice spojením s Olomoucí v roce 1845 a s Drážďany v roce 1851.

Stavitelem posledního úseku severní dráhy Ferdinandovy, byl inženýr Jan Perner. Od 1. června 1837 nastoupil Perner na stavbu Severní dráhy císaře Ferdinanda. Do léta 1839 vedl stavbu úseku z Břeclavi do Brna. Poté byl pověřen projekčními pracemi v úseku z Ostravy do Osvětimi. Jan Perner se zúčastnil velkých trasovacích prací pro spojení Vídně s Prahou.

Obr. 1.8. Studie tras pro propojení Vídně s Prahou.

Uvažovalo se sedm variant, z nichž trasa přes Olomouc a dále Polabím byla nejdelší. V tuto trasu měl Perner takovou důvěru, že přiměl své příbuzné k rozsáhlým spekulacím (šlo o nákup pozemků a stavebního dříví). Riskantní sázka mu vyšla. Koncem roku 1841 došlo k významnému kroku – stát se rozhodl převzít výstavbu páteřních železničních tratí. Zamýšlená

Severní státní dráha měla vést z Olomouce do Prahy a Drážďan. 1. března 1842 se Perner stal státním úředníkem s funkcí vrchní inženýr státních drah. Dne 26. listopadu 1842 schválil císař jeho návrhy na trasu dráhy z Prahy do Drážďan. Současně řešil Perner umístění nádraží státní dráhy v Praze. Tehdy ho postavil na okraji Prahy těsně za hradbami, ve kterých musel udělat průjezdy. Tímto nádražím je dnešní Masarykovo nádraží. Sem přijel 20. srpna 1845 první vlak tažený lokomotivou.

Jeho dílo používáme vlastně dodnes. Byl prvním významným příslušníkem technické inteligence. Jeho dílo a život byly téměř symbolicky završeny v prvních dnech pravidelného provozu Severní státní dráhy. Shodou okolností se sám stal první obětí této nové železniční tratě.

Železnice pronikla do historických zemí Koruny České jako civilizační a kulturní fenomén. Vybudování železniční sítě patří k největším počinům v oboru stavitelství, jež dalo impuls k rozvoji měst a uspíšilo průmyslovou revoluci. Stavba tratí vzhledem ke značné členitosti terénu dnešní České republiky se stala náročným inženýrským dílem a s odstupem času nutno smeknout nad tím, jak se je podařilo harmonicky začlenit do krajiny.

1.1       Železnice dnes

Na vlaky jedoucí 300 a více km/h – francouzské TGV, německé ICE či japonské HIKARI a ŠIKANZEN dnes pohlížíme s úžasem podobně, jako lidé před dvěmi stoletími. Ale pojďme se blíže podívat na železnici na území ČR.

Obr. 1.9  TGV – rekordní jízdy… vlakový rychlostní rekord - TGV 16. září 2008 575km/h.

Rozloha České republiky činí 78.863 km2. Katastrální rozloha pozemků ve vlastnictví subjektů vlastnících a provozujících železniční dopravu, činí necelých 301 km2. Průměrnou délkou 0,12 km tratí na 1 km2 plochy území máme jednu z nejhustších železničních sítí na světě. Délka železniční sítě České republiky k 31. prosinci 2006 činila 9.492 km, z toho bylo tratí jednokolejných 7.641 km, dvoukolejných 1.812 km a vícekolejných 39 km. Z celkové délky sítě bylo 9.470 km tratí normálně rozchodných a 22 km úzkorozchodných. Podíl elektrizovaných tratí činil celkem 3.037 km, z toho 1.287 km jednokolejných a 1.750 km dvou a více kolejných. Podle napájecích soustav bylo 1.731 km tratí elektrizováno stejnosměrným napětím 3 kV případně 1,500 kV a 1.307 km napětím střídavým 25 kV s frekvencí 50 Hz. Celková stavební délka kolejí obnášela 15.476 km. Na železniční síti České republiky bylo 6.691 mostů v celkové délce přes 147 km, 154 tunelů v celkové délce přes 38 km a 8.389 úrovňových přejezdů. Přibližně 48% z celkové délky tratí leží v obloucích a 86% z celkové délky tratí leží ve sklonu.

Největší sklon, vyžadující v dřívějších dobách provoz s ozubnicí, se nachází na trati Tanvald – Harrachov a dosahuje až 57‰. Dnes se zde ovšem Abtova ozubnice používá jen příležitostně a v běžném provozu se jezdí adhezně.

Nejníže položenou stanicí naší železniční sítě je stanice Dolní Žleb na I. tranzitním koridoru na hranici s Německem. Nadmořská výška v této stanici činí 130 metrů. Naopak nejvýše leží dopravna Kubova Huť na trati Strakonice – Volary. Nadmořská výška se zde činí 995 metrů.

Modernizace železniční sítě v ČR

Téměř všechny naše železniční tratě byly vybudovány již za monarchie. Po rozpadu monarchie vzniká Československá republika a začíná se psát historie Československých státních drah čili ČSD. Tato historie je přerušena prvním rozpadem Československa a německou okupací, kdy na několik let značku ČSD vystřídá v protektorátu ČMD/BMB a ve Slovenském státě SŽ.

Dominantním vlastníkem a provozovatelem železničních drah na našem území v průběhu historie byl nejčastěji stát. Ovšem síť vybudovali především soukromní vlastníci. V současné době je vlastníkem většiny železničních tratí České republiky stát zastoupený státní organizací„Správa železniční dopravní cesty“ (SŽDC), České dráhy, akciová společnost (ČD) jsou dopravcem.

V průběhu cca 175 let existence železniční dopravy u nás zaznamenáváme dvě významná období modernizace technických parametrů tratí. V padesátých a šedesátých letech minulého století to byla elektrizace podstatné části strategicky nejdůležitějších drah celostátního a mezinárodního významu (když jako první byla elektrizována již v roce 1903 dráha Tábor – Bechyně a za období první republiky pražský železniční uzel). Bohužel se tehdy nepodařilo zelektrizovat všechny tratě, patřící do této kategorie a dokončení elektrizace základní železniční sítě státu nás teprve čeká.

Druhé, ještě významnější období zásadní modernizace našich železničních drah, prožíváme v současné době. Má-li se i naše železnice, po vzoru železnic Japonska a vyspělých států Evropské unie, stát moderním dopravním prostředkem 21. století, musí být technické parametry jejich hlavních tratí upraveny na standard, daný příslušnými mezinárodními dohodami. Zejména se jedná o vyšší traťovou rychlost, traťovou třídu zatížení, prostorovou průchodnost, peronizaci stanic a technologické vybavení zvyšující bezpečnost dopravy a úroveň řízení provozu. Prioritu má přitom z celostátního i mezinárodního hlediska modernizace čtyř tranzitních koridorů, která byla zahájená v roce 1993.

Geografická poloha ČR v Evropě a její dopravní síť tvoří důležitou součást celoevropské dopravní infrastruktury. Hlavní mezistátní železniční tahy mají přímou vazbu na železniční tratě ČR, proto nutně musí i SŽDC řešit problém zvyšování rychlostí na stávajících tratích a budovat tratě vysokorychlostní. V sedmdesátých letech byly vypracovány první studie sledující zvyšování rychlosti na našich tratích.

V únoru 1990 přistoupila naše republika k mezinárodní dohodě AGC a v roce 1992 byly přijaty „Zásady modernizace vybrané železniční sítě ČSD pro jednotlivé dopravní směry a traťové úseky – výchozí materiál pro zpracování komplexního programu rozvoje železniční infrastruktury v tu dobu ČSD do roku 2000“. Po vzniku ČR a tehdejším ČD byly v roce 1993 přijaty „Zásady modernizace vybrané železniční sítě ČD“, tento materiál navazuje na přijaté dokumenty federálních orgánů. V roce 1994 byl přijat dodatek č.1 a roce 1997 byl přijat dodatek č.2 k „Zásadám modernizace vybrané železniční sítě ČD“. Zásady i dodatky požadují zavedení vyšší traťové rychlosti až do 160 km.h-1.

Modernizace železniční sítě ČR se týká tratí zařazených do mezinárodních dohod (AGC a AGTC). V síti SŽDC jsou definovány čtyři hlavní tranzitní koridory :

 

I. koridor :       st.hr. Německo ® Děčín ® Praha ® Č.Třebová ® Brno ® Břeclav® ®st.hr.Rakousko+Slovensko s vazbami: sever Berlín…Skandinávie, na jihu Vídeň (Bratislava) …Středozemní moře a Balkán.

II. koridor :     st. hr. Rakousko ® Břeclav ® Přerov ® Ostrava ® Petrovice u Karviné ® st.hr.Polsko, s odbočnou větví Přerov ® Č.Třebová, s vazbou: sever Varšava ,  na jihu Vídeň (Bratislava) …Středozemní moře a Balkán.

III. koridor :    st.hr.Německo ® Cheb ® Plzeň ® Praha ® Olomouc ® Ostrava ® ® Petrovice u Karviné ® st.hr.Polsko s vazbou na: západě Německo (Porúří), Francie, Nizozemí, na východě Polsko, případně Slovensko a Ukrajina

IV. koridor :    st.hr. Německo ® Děčín ® Praha ® Veselí nad Lužnicí ® Horní Dvořiště / České Velenice ® st.hr.Rakousko, s vazbou na Linec a jih Evropy.

Obr. 1.10.Schéma tras čtyř hlavních tranzitních koridorů.

1.2       Rozdělení drah

Dráhy můžeme dělit podle různých hledisek. Nejčastěji se můžeme setkat s následujícím rozdělením drah:

1.2.1        Rozdělení drah podle zákona

Dráhy definuje zákon č. 266/1994 Sb. o drahách, včetně změn a doplňků. Dráhou je cesta určená k pohybu drážních vozidel včetně pevných zařízení potřebných k zajištění bezpečnosti a plynulosti drážní dopravy. Usnesením vlády České republiky čís. 766 ze dne 20. prosince 1995 byly železniční dráhy rozděleny na dráhy celostátní a dráhy regionální.

Rozdělení drah podle zákona o drahách:

a)      Dráhy železniční       

•         celostátní

•         regionální

•         vlečky

•         speciální dráha

b)      Dráhy tramvajové

c)      Dráhy trolejbusové

d)     Dráhy lanové

Obr. 1.11. Poloha tratí v členění dle zákona

Zákon se nevztahuje na dráhy:

  • důlní
  • průmyslové a přenosné
  • lyžařské vleky

 

1.2.2        Podle rozchodu koleje se dráhy dělí na:

a)      normálního rozchodu, s rozchodem v přímé 1 435 mm,

b)      úzkorozchodné, s rozchodem menším než 1 435 mm (např. trať Jindřichův Hradec - Obrataň). Pro dráhy polní, lesní, důlní atd. jsou normalizovány rozchody 1 000 mm a 760 mm,

c)      širokorozchodné, s rozchodem větším než 1 435 mm (např. 1 524 milimetrů v Rusku a Finsku).

1.2.3        Podle trakce (pohonu) dělíme dráhy na :

a)        parní,

b)       elektrické,

c)        motorové.

Parní trakce je charakteristická pro prvních sto let rozvoje železnic (cca 1825-1925). Malá hospodárnost vedla postupně všechny železniční správy k přechodu na elektrickou a motorovou trakci (v ČR byla pravidelná parní trakce úplně zrušena r. 1980 – dnes jezdí parní lokomotivy pouze pro různé příležitosti).

Obr. 1.12 Parní vlak odjíždí z Nesovic (zdroj: [4])

K likvidaci parního provozu významně přispěla mimo jiné i motorizace. Motorová trakce je výhodná svojí celkovou účinností a hlavně okamžitou použitelností, snadnou obsluhou, rychlou možností zavedení do provozu bez velkých nároků na pevná zařízení, časovou nezávislost na přívodu energie a velkým dosahem.

Má samozřejmě i svá negativa – vliv na životní prostředí, vyšší nároky na údržbu.Největší uplatnění mají motorové lokomotivy v posunovací službě, na vlečkách a u manipulačních vlaků.

Obr. 1.13 „Brejlovec“ 754.012-3 na mutěnickém nádraží (zdroj: [4]

První kolejová vozidla poháněná elektřinou vznikala v Německu v šedesátých a sedmdesátých letech 19. století. Tvůrce prvního elektrického motoru - Werner Siemens - představil svou první elektrickou lokomotivu 31. května 1879 v Berlíně. Šlo o dvounápravovou stejnosměrnou lokomotivu s výkonem 2,2 kW, která byla napájena třetí kolejnicí s napětím 150 V.

Obr. 1.14  Lokomotiva řady E 499.0)

Od samého počátku se různily názory na druh trakční proudové soustavy, tedy zda užívat proud stejnosměrný nebo střídavý. Po zkouškách proudu třífázového a dvoufázového zavedli v Německu jednofázovou trakční proudovou soustavu, která je používána dodnes. Rychlejší vývoj však měly elektrické dráhy v Severní Americe, kde v roce 1898 bylo v provozu již 25.000 km pouličních drah. Oproti Evropě americké společnosti, např. Generál Electric Company, prosazovaly stejnosměrné motory pro železniční účely pro veliký záběrový moment při nízkých otáčkách, jeho nezávislost na velikosti napětí, možnost přetížení motoru apod. Tyto motory se prosadily i Evropě. Z hlediska rozvodu elektrické energie se stále jeví hospodárnější systém jednofázového proudu v trolejovém drátu. Tato soustava umožňuje použití trolejového drátu menšího průřezu, vedení je celkově lehčí i levnější. Také napětí použité u této soustavy je vyšší než u stejnosměrného systému, což je největší nevýhoda stejnosměrných systémů (nejvyšší možné napětí 3kV).

V posledních desetiletích byla zavedena soustava 25kV, 50Hz, která umožňovala využití výhod jednofázové trakční soustavy a stejnosměrného sériového trakčního motoru v lokomotivě, v níž se proud transformuje a usměrňuje.

V současnosti jednotlivé železniční správy používají následující trakční proudové soustavy:

  • 1,5 kV ss - ČR, Francie, Nizozemí, Velká Británie, Španělsko, Japonsko apod.3 kV ss - ČR, Slovensko, Polsko, býv. SSSR, Belgie, Itálie, USA apod.
  • 11 kV, 25 Hz – USA
  • 15 kV, 16 2/3 Hz - Německo, Rakousko, Švýcarsko, Norsko, Švédsko
  • 16 kV, 50 Hz – Maďarsko
  • 20 kV, 50 Hz – Japonsko
  • 25 kV, 50 Hz - ČR, Slovensko, býv. SSSR, Francie, Turecko apod.

Obr. 1.15 Trakční soustavy železničních tratí ČR

Elektrizace železnic na území dnešní ČR se začala uplatňovat již v prvních počátcích na místních drahách od roku 1903 (1. elektrifikovaná trať Tábor – Bechyně) do roku 1918 byly použity stejnosměrné proudové soustavy 800 až 1650 V. Po vzniku Československého státu byla v roce 1928 zahájena elektrizace pražských nádraží a spojovacích tratí mezi nimi stejnosměrnou proudovou soustavou 1500 V. Po 2. světové válce v roce 1953 byla odstartována soustavná elektrizace železnic na našem území stejnosměrnou proudovou soustavou 3 kV. Po roce 1963 byla zvolena jednofázová střídavá proudová soustava 25kV, 50 Hz. Koexistence dvou proudových soustav na našich železnicích je řešena dvouproudovými lokomotivami.Dráhy s elektrickou trakcí jsou charakteristické značnými počáteční investiční náklady (stavba trakčního vedení, měníren atd.).

1.2.4        Podle provedení vodicí dráhy dělíme dráhy na :

a)      Adhezní 

b)      Ozubnicové

Adhezní dráhy využívají tření při valení kola po kolejnici, které se projevuje jako odpor hnacích kol na vodicí dráze při přenosu tažné (brzdné) síly. Velikost adheze závisí na materiálu kol a kolejnic, na hmotnosti lokomotivy, na druhu trakce atd.

Obr. 1.16 V ČR se ozubnice se nachází např. na trati Tanvald – Harrachov

Na tratích o vyšších sklonech, kde tažné a brzdné sily nelze s dostatečnou bezpečností přenášet adhezním stykem kol s kolejnicemi, a zvláště tam, kde je přímé nebezpečí uklouznutí zabržděných stojících vozidel, se užívá kolej s ozubnicí. Tažná vozidla a často i vozy pak mají zařízení k přenosu podélných sil z vozidel do ozubnice.

Do ozubnice zapadají ozubená hnací kola na spodku lokomotivy, přičemž pojezdová kola lokomotivy se pohybují po normální kolejnicí (Největší sklon, vyžadující v dřívějších dobách provoz s ozubnicí, se v ČR nachází na trati Tanvald – Harrachov a dosahuje 57‰. Dnes se zde ovšem Abtova ozubnice používá jen příležitostně a v běžném provozu se jezdí adhezně).

Obr. 1.17. Do ozubnice zapadají ozubená hnací kola …(Abtova soustava)

1.3       Konstrukce železniční tratě

Železniční trať se z hlediska stavebního a udržovacího rozděluje na železniční spodek a železniční svršek (viz obr. 1.17 ).

Obr. 1.18     Rozdělení trati z hlediska stavebního a udržovacího

1.4       Železniční svršek

Železniční svršekje jednou ze základních částí železniční dopravní cesty. Železničním svrškem rozumíme část trati, která plní nosnou a vodicí funkci pro jízdu drážního vozidla.

Skládá se zpravidla z kolejnic, upevňovadel, kolejnicových podpor a kolejového lože. Jednotlivé součásti se zpravidla označují tvarem. Souhrn součástí  železničního svršku, příslušející k určitému tvaru kolejnic, se nazývá soustava železničníhosvršku. Z těchto součástí se sestavují jednotlivé konkrétní sestavy železničního svršku.

Železniční kolej  tvoří vlastní jízdní dráhu pro železniční vozidla. Jsou to dva kolejnicové pásy upevněné na podpory. Kolejnicové pásy se vytvářejí spojením jednotlivých kolejnic spojkami nebo svářením. Podle druhu použitých podpor na kterých jsou kolejnicové pásy upevněny dělíme na konstrukce :

Nejrozšířenější konstrukcí je kolej na příčných pražcích, které jsou uloženy v kolejovém loži.

V dnešní době jsou nejužívanějšími konstrukcemi železničního svršku :

a)      Klasická konstrukce – kolejnice, kolejnicové podpory, drobné kolejivo, upevňovadla a kolejové lože

b)      Moderní konstrukce – bez kolejového lože

Obr. 1.19 Konstrukce železničního svršku: a) klasická, b) moderní

Klasický železniční svršek

Kvalita a vlastnosti železničního svršku klasické konstrukce je dána interakcí upevňovacího systému, kvalitou materiálů a provedených prací a v neposlední řadě zabezpečenou a vhodnou údržbou štěrkového lože. Pružnost kolejového roštu je dosahována zvoleným typem upevnění. V dnešní době se jedná především o bezpodkladnicové upevnění s elastickými vložkami pod patou kolejnice, případně doplněné o podpražcové podložky. Z dlouhodobého hlediska např. 80 let, mají-li zůstat zachovány všechny původní parametry, musí proběhnout během této doby několikrát pravidelná údržba a korekce geometrických parametrů koleje, 2-3x výměna materiálu štěrkového lože, kolejnic a systému upevnění. Celý systém vyžaduje častou a náročnou inspekční činnost s využitím vysoké míry lidské činnosti. Systém je ve své podstatě složitý, průměrně s 98ks komponentů na běžný metr délky.

Moderní konstrukce

Vhodným řešením konstrukce železničního svršku je pevná jízdní dráha, dále jen PJD, která je svými vlastnostmi vhodná především pro vyšší rychlosti a zatížení a pro specifická prostředí, jako jsou dlouhé tunely. Štěrkové lože je nahrazeno betonovou deskou, do které jsou uchyceny vystrojené pražce. Používá se klasická širokopatní kolejnice. Tuhost konstrukce je dána samotnou tuhostí betonové desky, pružnost konstrukce je dána materiálovými vlastnosti pružných podložek. Zřízení PJD je finančně i časově náročné. Případné následné korekce po vytvrzení betonu jsou finančně velmi náročné, složité nebo i nemožné. Na rozdíl od klasické konstrukce železničního svršku odpadá však častá údržba. Systém by měl být po dobu životnosti, která je nyní odhadována na cca. 60 let, v podstatě bezúdržbový. U PJD se mírně snižují náklady na inspekční činnost, zvyšuje se komfortnost a bezpečnost cestování. Nepříjemným faktorem je zvýšený hluk vyžadující dodatečná technická řešení.

U obou typů konstrukcí dochází k opotřebení kolejnic s jejich nutnou výměnou, která se neobejde bez využití těžké mechanizace. Při monitorování stavu kolejnic nelze v plné míře využít např. ultrazvuk.

1.5       Kolejnice

Kolejnice, jako základní konstrukční prvek jízdní dráhy, má za úkol bezpečné vedení vozidel a přenášení statického a dynamického zatížení vyvozeného provozem (železničními vozidly) na podpory.

1.5.1        Funkce a typy kolejnic

Kolejnice přicházejí do bezprostředního styku s koly vozidel, která nejen nesou, ale také vedou. Kola jim předávají na malých styčných ploškách velké statické tlaky a rázy (dynamické), které jsou proměnlivé co do směru i velikosti. Kolejnice se pod jejich účinky deformuje převážně ve svislé, ale taky ve vodorovné rovině a materiál na její pojízdné ploše  se roztlačuje a obrušuje. Dalšími vlivy jsou účinky zabírajících kol hnacích vozidel a brzdění kola všech vozidel vyvolávající osové síly. Jiné podélné síly vznikají z tepelných změn. Soustředně předávané síly roznáší kolejnice na několik sousedních pražců přes podkladnice.

Typy kolejnic :

Obr. 1.20 Typy kolejnic

a) Kolejnice širokopatní – dnes nejběžnější typ používaný všemi železničními správami. Širokopatní kolejnice je konstruována jako nosník skládající se z hlavy, stojiny a paty. Tvar hlavy je ovlivněn tvarem okolku a nákolku, který je mezinárodně stanoven. V místě přechodu hlavy do stojiny vznikají za provozu největší napětí, která mohou být příčinou tvoření trhlin a nakonec lomu kolejnice. Tvar paty kolejnice odpovídá přírubě nosníku, do kterého je soustředěn materiál z důvodů statických. Pata slouží rovněž pro připevnění kolejnice.

b) Kolejnice žlábkové – uplatňují se převážně u dopravy tramvajové, pro koleje zřizované v silničních vozovkách. Původní žlábkové kolejnice byly vyšší se Širokou patou, která měla nahradit podkladnice pro přímé kladení bez podpor na zhutněnou vrstvu štěrku. Dnes se upevňují žlábkové kolejnice na příčné pražce, proto je nový tvar nižší s užší patou.

c) Kolejnice dvouhlavé – dosud užívané v Anglii, u nás jako kolejnice „I“, vyžadují mohutné stoličkové podkladnice, záměrem bylo po ojetí jedné hlavy pouhým otočením se dala pojíždět hlava druhá.

d) Kolejnice blokové – žlábkové blokové kolejnice jsou užívané nejčastěji pro tramvajové tratě (vetknuté ve speciálních panelech).

e) Kolejnice speciální – pro výhybky

Obr. 1.21 Ukázka upevnění kolejnice a) blokové, b) dvouhlavé

Kolejnice jsou nejvíce namáhaným prvkem koleje. Tvar a rozměry kolejnice a její materiál musí tedy vyhovět všem těmto požadavkům.

V roce 1918, při vzniku Československé republiky, bylo v naší železniční síti přes 150 soustav železničního svršku, pro něž bylo užito přes 100 různých tvarů kolejnic. Železniční správa ČSD se tehdy rozhodla, že nadále bude vyrábět a nově vkládat jen kolejnice tvarů Xa a  A. Železniční svršek s kolejnicí tvaru A byl na naších tratích zaveden v roce 1903 a vyhovoval pro rychlost 100km.h-1 a hmotnosti na nápravu 20t.

Zvyšování rychlosti, hmotnosti na nápravu a intenzity přepravy vedly v roce 1929 k zavedení těžší kolejnice tvaru T, která vyhovovala pro výhledovou rychlost 150km.h-1 a hmotnost na nápravu 25t. V roce 1945 bylo rozhodnuto používat pouze kolejnice tvarů A a T. V roce 1963 se započalo s výrobou a používáním těžší kolejnice tvaru R 65, která byly určena pro silně zatížené tratě. Roku 1970 byla zahájena výroba kolejnic tvaru S 49, které nahradily tvar T.

Obr. 1.22 Průřezy kolejnic

Základní části kolejnice :

  • Hlava kolejnice
  • Stojina
  • Pata kolejnice

Obr. 1.23 Základní části kolejnice

Hlava kolejnice

Tvar hlavy je ovlivněn tvarem okolku a nákolku, který je mezinárodně stanoven. Zaoblení mezi temenem kolejnice a pojížděnou hranou je tvořeno obvykle obloukem o poloměru 13mm, temeno obloukem o poloměru 300mm. Boční části kolejnicových hlav jsou šikmé ve sklonu 20:1 a protože se kolejnice upevňují na podkladnici nebo úložné ploše pražce ve sklonu, je pojížděná hrana téměř svislá. Přechod hlavy do stojiny je plynulý stejně jako přechod stojiny do paty. Spodní část hlavy a horní část paty mají úklon a umožňují řádné dosednutí kolejnicových spojek.

Pata kolejnice

Tvar paty kolejnice odpovídá přírubě nosníku, do které je soustředěn materiál. Rozměry paty kolejnice musí být takové, aby kolejnice byla schopna vzdorovat všem zatížením. Pata slouží k upevnění kolejnice k pražci nebo k podkladnici. Horní plocha paty je lomená, nebo o jednom sklonu. Šířka paty je vždy menší než výška kolejnice, poměr šířky paty a výšky kolejnice je u evropských kolejnic v rozmezí 0,8 až 0,9.

1.5.2         Uložení kolejnic na podporách

Kolejnice jsou v koleji uloženy zpravidla v úklonu 1:20 nebo 1:40. Ve výhybkách, kolejových křižovatkách, kolejových spojkách, na točnách a přesuvnách jsou kolejnice uloženy bez úklonu. Přechod z úklonu 1:20 do polohy bez úklonu se zřizuje použitím přechodových podkladnic. Přechod z úklonu 1:20 do úklonu 1:40 se zřizuje bez zvláštní úpravy. Pokud je vzdálenost mezi koncovými styky konstrukcí menší než 25m pro rychlost V ≤ 90 kmh-1 nebo menší než 40 m pro rychlosti vyšší, ukládají se kolejnice bez úklonu.

1.5.3        Výroba kolejnic

Širokopatní kolejnice se vyrábějí z vakuované oceli. Chemické složení kolejnicové oceli musí být v předepsaných mezích, uvedených v příslušných standardech. Obsahem jednotlivých prvků v kolejnicové oceli je určena její jakost.

Kolejnice SŽDC obsahují kromě železa : 0,45 až 0,8% C, 0,15 až 0,5% Si, do 0,055% S,  do 0,050% P, při tom P+S obsahuje nejvíce 0,1% a Mn 0,75 až 1,40%. K dosažení vysoké otěruvzdornosti kolejnicové oceli má pro vzájemný poměr obsahu Mn a C platit, že uhlíkový ekvivalent EC = C + 0,25 Mn = 0,95 ( v případě, že EC=0,75 nastává nebezpečí vločkovitých trhlin, podmíněných přítomností vodíku v oceli). Pro zlepšení vlastností kolejnicové oceli přidávají se další legující prvky především mangan, molibden, nikl, chrom aj.

Kolejnice se vyrábějí válcováním z ingotů hmotnosti 2 až 4 t za teploty 700 až 750ºC na blokové trati.

Obr. 1.24 Schéma výroby kolejnic

Zkoušky kolejnic

a)      Defektoskopické

b)      Vylučovací (rázem, zkouška trhací a zkouška vločkovitosti )

c)      Průkazné (Baumanova, Brinellova, ohýbací, opotřebitelnosti, vrubová, mikroskopická, leptací, chemický rozbor a další)

1.5.4        Značení kolejnic


Obr. 1.25  Značení kolejnic…  Jakost kolejnic – barevná značka na hlavě čela

Vyrobené kolejnice jsou u výrobce opatřeny značením, které nás informuje :

  • Jakost kolejnic – barevná značka na hlavě čela,
  • Na stojině vypuklá značka s označení výrobce, dvojčíslím roku výroby, tvar kolejnic,
  • Zkrácené kolejnice pro oblouky se označují na patě čela kolejnice barvou (viz obr. 3.7) a plechovými štítky. Plechové štítky mají pro uchycení otvor o průměru 32mm. Upevňují se na obou koncích kolejnice drátovou spojkou z pérové oceli do otvoru pro spojkový šroub, který je od čela kolejnice vždy vzdálenější.

Obr. 1.26 Značení kolejnic - Plechové štítky označující zkrácení kolejnice

Do roku 1994 se zkrácení kolejnice místo plechovými štítky označovalo kruhovými otvory v neutrálné ose kolejnice ve vzdálenosti 500 až 600 mm od čela kolejnice – viz tabulka Tab. 3.1

Tab. 1. 1.      Označování zkrácených kolejnic děrováním (v neutrálné ose)

1.5.5    Délky kolejnic
    Normální délka kolejnice je závislá na možnostech výroby, na manipulaci při dopravě a vkládání do koleje. Při klasické konstrukci žel. svršku také na omezení účinku teplotních změn. U SŽDC je normální délka kolejnic 25m (20m).
    Při konstrukci dilatačního styku kolejnic v stykované koleji je třeba zabránit vzniku napětí vyvolaných účinky teplotních změn. Aby mohla volně položená, nezatížená kolejnice délky l měnit svou délku, tzn. dilatovat (zůstávala bez napětí), musí při tepelné změně ±t ºC změnit svou délku o hodnotu:

Obr. 1.27 Konstrukční uspořádání styku kolejnic - vzájemná poloha otvorů a dříku: a) za montážní teploty, b) při sevřené spáře a jejím úplném otevření

There are currently no posts in this category.