Železničné.info pro PDA Železničné.info pro PDA - 05.02. 2023
Home | Top 10 | Vyhľadávanie |
R������������zne inform������������cie
Koľajový zvršok (1.) – koľajnice, podvaly
Peter, 24.11.2010 (57231 prečítané)

Železnica to nie sú len vlaky, ktorými ľudia cestujú, prepravujú sa tovary, či iné predmety. Železnica to sú aj trate, po ktorých vlaky premávajú. V sérii krátkych článkov si priblížime výstavbu tratí po technickej stránke a to od prvopočiatkov až do súčasnosti. Prvá časť je venovaná koľajniciam a podvalom, ktoré sú súčasťou železničného zvršku.  

Železničný zvršok vytvárajú obvykle koľajnice, drobné koľajnicové a spojovacie prvky, koľajnicové podklady (podvaly, mostnice, doskové a rámové konštrukcie), výhybky a koľajové križovatky, a koľajové lôžko. Tvar koľajníc spravidla charakterizuje celé konštrukčné usporiadanie železničného zvršku a udáva jeho základné prevádzkové a technické parametre. Komplex súčastí železničného zvršku vrátane výhybiek a zvláštnych konštrukcií, vzťahujúcich sa k určitému tvaru koľajnice sa nazýva sústava železničného zvršku. Železničný zvršok tvorí jazdnú dráhu koľajovým vozidlám, ktoré nesie a vedie. Súčasne prenáša sily na železničný spodok, ktoré vytvárajú koľajové vozidlá.
  
Koľajnice sú určené na vedenie a nesenie koľajových vozidiel a na prenášanie síl z kolies vozidiel na železničný zvršok a železničný spodok. Vyrábajú sa valcovaním z oceľových ingotov. História koľajníc sa však začala písať ešte v stredoveku. Z pôvodných drevených vodiacich trámov používaných v baníctve pre ľudskou silou tlačené drevené vozíky sa vyvinuli súčasné koľajnice. V roku 1776 sa začali používať kovové koľajnice v tvare L, ktoré sa pripevňovali najskôr na pozdĺžne, neskôr na priečne podvaly.
 
Vývoj konštrukcie koľaje v 18. a 19. storočí (reprofoto MD)
Koľajnice, podvaly Koľajnice, podvaly
 
Od roku 1789 sa začali používať koľajnice v tvare hríba, tieto už mali hlavu a stojinu. V roku 1830 sa začali používať koľajnice v tvare I so širokou základňou (pätou), ktorý sa s určitými obmenami rozmerov a hmotnosti zachoval dodnes. Koľajnica tvaru I má pätu, stojinu a hlavu. Podľa prierezovej plochy koľajníc ich možno deliť na širokopätné (nazývané tiež vignolove – podľa anglického železničného konštruktéra) a žliabkové. Širokopätná koľajnica je tvarovaná ako nosník, ktorého hmota je vo zvislom smere sústredená v krajných miestach, čo najďalej od ťažiska prierezu, čím sa dosiahne potrebná tuhosť a prípustné namáhanie koľajnice.
 
Zvršok typu A Uhorskej centrálne železnice (19. storočie)
Koľajnice, podvaly
 
Zvršok so širokopätými koľajnicami (60. roky 19. storočia)
Koľajnice, podvaly
 
Koľajnice sa vyrábajú valcovaním z ingotov zhotovených z ocele, ktorej vlastnosti sú predpísané technickými podmienkami, ako obsah uhlíka, mangánu, kremíka, síry, fosforu a prísad na vylepšenie vlastností (napr. chróm, titán). Koľajnicová oceľ musí byť odolná voči oteru a otlačeniu pri prechádzaní vozidlami s hmotnosťou na nápravu až 25 t a s priečnymi silami až 140 kN, preto sa do ocele pridávajú legovacie prvky (titán a chróm), ktoré upravujú jej vlastnosti. Vyrábajú sa viaceré kategórie koľajníc podľa akosti, pričom koľajnice príslušnej kategórie majú predpísanú technológiu zvárania, pretože koľajnicová oceľ je v kategórii nezvárateľných ocelí, a zvárať ju možno len za dodržania presne vymedzených technologických postupov a podmienok.
 
Zvršok typu j MÁV (koniec 19. storočia)
Koľajnice, podvaly
 
Zvršok typu I MÁV s rebrovou podkladnicou bez sklonu (koniec 19. storočia)
Koľajnice, podvaly
 
Zvršok typu C MÁV s klinovou rebrovou podkladnicou (koniec 19. storočia)
Koľajnice, podvaly
 
Zvršok typu S 49 s upevnením koľajnice
prostredníctvom zvierok a rebrovej podkladnice
Koľajnice, podvaly
 
Hmotnosť koľajníc môže byť rôzna v závislosti od výrobcu, resp. železničnej správy. Na našich tratiach sa používali, resp. používajú tieto typy koľajníc:
 
  • tvar T s hmotnosťou 50 kg/m, len pre výrobu výhybiek tvaru T, patrí k starším typom,
  • tvar R 45 s hmotnosťou 65 kg/m, pre trate s vyšším prevádzkovým zaťažením, typ sa už nepoužíva,
  • tvar S 49 s hmotnosťou 50 kg/m, nahradil typ T, patrí k ľahším koľajniciam,
  • tvar UIC 60 – patrí k ťažším koľajniciam a používa sa pri rekonštrukciách tratí.
Časti koľajnice
Koľajnice, podvaly
  
Tvar
hmotnosť
výška
šírka päty
šírka hlavy
hrúbka stojiny
T
50
150
128
64
15
S 49
50
149
125
70
14
R 65
65
180
150
73
18
UIC 60
60
172
150
74
16,5
 
Jednotlivé typy koľajníc sa označujú písmenami a číslicami. Písmená vyjadrujú rozdiely v rozmeroch a číslice vyjadrujú hmotnosť koľajnice v kilogramoch na jeden meter ich dĺžky (S 49 znamená 49 kg hmotnosti na jeden meter). Okrem uvedených sa vyrábajú aj tzv. žliabkové koľajnice, ktoré sa používajú napr. pre električkové trate v mestskej doprave.
 
Žliabková koľaj pre mestskú električkovú dopravu
(naľavo typ TV 60, napravo typ B1)
Koľajnice, podvaly Koľajnice, podvaly
  
Koľajnice sa vyrábajú v základnej dĺžke 25 m, výnimočne v dĺžke 20 m. Do oblúkov sa vkladajú do vnútorných koľajnicových pásov koľajnice skrátené o 50, 100, 150 a 200 mm, aby bola dosiahnutá súbežnosť oboch koľajnicových pásov. Dĺžka koľajníc a koľajnicových pásov súvisí s dilatačnými zmenami vplyvom zmeny teploty. Koľajnice majú na oboch koncoch vyvŕtané diery pre spojkové skrutky. Koľajnice sa môžu spájať koľajnicovou spojkou, alebo zváraním. Zvarením viacerých koľajníc normálnej dĺžky vznikne koľajnicový pás. Koľajnicový pás môže vzniknúť priamo vo výrobe valcovaním ocele na požadovaný tvar a dĺžku do 120 m. Miesto spojenia koľajníc je koľajnicový styk. Konštrukcia koľajnicových stykov môže byť rôzna.
 
Podpory koľajníc, drobné koľajivo
 
Podporami sú najmä podvaly, alebo dosky, pozdĺžne prahy a rámové konštrukcie, prípadne monolitické betónové podklady, ku ktorým sú koľajnice pripevnené a prostredníctvom ktorých sa prenášajú sily od vozidiel do koľajového lôžka. Úlohou podvalov je prenášať sily z koľajníc na štrkové lôžko, zabezpečovať rozchod trate a zabezpečovať smerovú polohu koľaje. Podvaly spolu s koľajnicami a drobným koľajivom vytvárajú súdržný a zároveň pružný koľajový rošt, ktorý zabezpečuje podmienky pre bezpečný pohyb koľajových vozidiel po koľaji.
 
Pre uchytenie koľajníc k podvalom sa používa drobné koľajivo. Medzi drobné koľajivo patria aj koľajnicové spojky a skrutky určené pre spájanie koľajníc. Koľajové spojky môžu byť podľa tvaru ploché a uhlové. V koľaji s izolovanými koľajovými obvodmi zabezpečovacích zariadení sa používa mechanicky pevné spojenie koľajníc elektricky nevodivé, tzv. izolovaný styk. Pre vytvorenie izolovaného styku sa používajú nevodivé alkamidové spojky, profilové vložky, ktoré sa vkladajú medzi čelá spájaných koľajníc, a skrutky. Kedysi, na začiatku budovania železníc, sa používalo priame uchytenie koľajníc. Pomocou oceľových klincov sa pribila päta k drevenému podvalu.
 
Upevňovacia skrutka (vrtuľa)
Koľajnice, podvaly
 
Koľajnica sa pripevňuje k podkladnici svorkami a podkladnice k podvalu, alebo inému podkladu pomocou skrutky (vrtule) s pružnými krúžkami. Upevnenie musí byť pevné a musí zabezpečiť správnu a stálu geometriu koľaje, pritom musí byť dostatočne pružné, aby sa znížilo namáhanie koľaje vplyvom kmitania. Pre uchytenie koľajníc sa používajú podkladnice, zvierky, spony, zvierkové skrutky, vymedzovacie a pružné krúžky a skrutky do podvalov (vrtule). Podkladnica je oceľová doska, ktorá spodnou stranou leží na úložnej ploche podvalu. Jej horná plocha je tvarovo prispôsobená pre uloženie päty koľajnice. Medzi pätu koľajnice a podkladnicu sa vkladá pružná, najčastejšie gumená podložka. Medzi podkladnicu a podval polyetylénová podložka na odizolovanie od koľajového lôžka.
 
Na našich tratiach sa koľajnice ku koľajnicovým podkladom upevňujú nepriamo a spravidla dvomi spôsobmi, a to upevnenie na rozponových podkladniciach, alebo na rebrových podkladniciach.
 
Rozponové upevnenie sa vyznačuje tým, že poloha koľajnica na rozponovej podkladnici je vymedzená polohou svoriek rôznych dĺžok. Podkladnica je upevnená prostredníctvom vrtúľ na podval a na nej je uložená koľajnica, ktorá je k podkladnici uchytená pomocou skrutky, zvierky, pružnej podložky a matice. Výhodou upevnenia je, že možno prekladaním a otáčaním svoriek plynule meniť rozchod koľaje a použitím rôznych dĺžok svoriek možno na tú istú podkladnicu upevniť niekoľko tvarov koľajníc. Nevýhodou je vyššia prácnosť pri montáži, potreba údržby doťahovaním a menšou možnosťou mechanizovať montáž a údržbu. Do všetkých typov rozponových podkladníc (TR5, T5p1, prechodová podkladnica T5) sa používa zvierková skrutka T5 s dvojitým pružným krúžkom pod maticou. Podkladnice sa k podvalom pripevňujú vrtuľami tvaru S2 s dvojitými pružnými krúžkami. Rozponové podkladnice tvaru T8 sa pripevňovali k betónovým podvalom dvoma vrtuľami tvaru S1 s dvojitými krúžkami.
 
Upevnenie koľajnice na podval
Koľajnice, podvaly
 
Upevnenie koľajnice na podval prostredníctvom rozponovej podkladnice
Koľajnice, podvaly
 
Rebrová podkladnica taktiež slúži pre nepriame upevnenie koľajnice k podvalom. Pre upevnenie koľajníc tvaru S 49 slúžia podkladnice tvaru S 4 s úklonom úložnej plochy 1:20. Pre upevnenie koľajníc S 49 k betónovým podvalom tvaru SB 8 a PB 2 sa používajú ploché rebrové podkladnice tvaru S4p1. Rebrové podkladnice sa používajú v priemyselnej montáži celých koľajových polí. Hotové koľajové pole sa uloží potom do koľajového lôžka. Koľajnica je upevnená na podkladnici pomocou tuhej zvierky a skrutky, alebo pomocou pružnej zvierky. Podkladnica ma rebro, do ktorého sa uloží päta koľajnice.
 
Upevnenie koľajnice na podval prostredníctvom rebrovej podkladnice
Koľajnice, podvaly 
 
Podvaly prešli taktiež vývojom, od prvých podpier, pozdĺžne uložené podvaly až do v súčasnosti používanému priečnemu uloženiu podvalov. Nevýhodou predtým používaných podpier a pozdĺžnych podvalov problémy pri dodržaní rozchodu koľaje v určených toleranciách. Pozdĺžne uložené podvaly sa neskôr používali len pri nedostatku miesta, napr. pri montážnych jamách a pod., kde ide o krátke vzdialenosti a rýchlosť vozidiel je nízka.
 
Rozchod koľaje: Vzdialenosť prechádzajúcich hrán koľajníc meraná kolmo na os koľaje 14 mm pod temenom hláv koľajníc je rozchod koľaje.
 
Určenie rozchodu koľaje
Koľajnice, podvaly 
 
Podľa materiálu, z ktorého sú podvaly vyhotovené môžu byť:
 
  • drevené podvaly, mostnice, výhybkové drevá a drevené pozdĺžne prahy,
  • betónové podvaly, doskové a betónové pozdĺžne prahy,
  • oceľové podvaly (aj do výhybiek).
 Typy drevených podvalov
Koľajnice, podvaly
 
Koľajnice, podvaly
 
Drevené podvaly a mostnice môžu mať viaceré tvary. Podvaly sa vyrábajú buď z tvrdého dreva (bukové, dubové), alebo z mäkkého dreva (borovica). Impregnujú sa impregnačným olejom, ktorý chráni drevo pred hnilobou. Druh dreva, rok výroby a výrobca podvalov a spôsob impregnácie sa vyznačuje klincami, ktoré sa zarážajú do stredu hornej plochy podvalu. Mostnice sa vyrábajú z dubového dreva. Podvaly z mäkkého dreva sa používajú pre trate s menším zaťažením. Na tratiach, kde sú koľajové obvody je dôležitým parametrom podvalov aj vysoký izolačný odpor, t.j. podvaly musia byť elektricky nevodivé.
 
Oceľový podval
Koľajnice, podvaly 
 
Oceľové podvaly sa predtým používali v koľajach i vo výhybkách tam kde nebola vyžadovaná elektrická izolácia koľaje. Hrúbka koľajového lôžka pod oceľovým podvalom je pomerne veľká pretože oceľové podvaly sú nízke a koľajové lôžko vypĺňa aj dutinu podvalov. Životnosť oceľových podvalov je 30 rokov. Na Slovensku sú napr. oceľové podvaly použité na trati 174 v úseku Pohronská Polhora Tisovec-Bánov, kde je použitý Abtov ozubnicový systém
 
Betónový podval
Koľajnice, podvaly 
 
Betónové podvaly nahradili drevené podvaly. Vyrábajú sa z predpätého betónu. Podľa tvaru sa delili na monolytické, blokové a článkové. Článkové boli zložené z troch samostatných železobetónových častí spojených napínanou výstužou, dnes sa už nepoužívajú. Blokové podvaly sú tvorené dvomi betónovými blokmi spojených navzájom oceľovou tyčou. Majú nižšiu hmotnosť a väčší odpor voči priečnemu posunutiu. Koľajnice sú uložené na betónových blokoch. Dnes sa už nepoužívajú.
 
Monolitické podvaly sa vyrábajú z predpätého betónu a od januára 1975 sa začali dodávať s vložkami z plastickej látky pre zatočenie vrtule. Na podvale je umiestnená značka, na ktorej je uvedený výrobca, tvar a rok výroby. Betónové podvaly sú vyššie a širšie oproti dreveným podvalom a pre vyššiu tuhosť si vyžadujú hrubšie koľajové lôžko. Koľaj na betónových podvaloch má vyššiu stabilitu oproti vybočeniu a proti pozdĺžnemu posunutiu, ale potrebné je častejšie podbíjanie a smerové vyrovnávanie trate. Pre zvýšenie hodnôt izolačného odporu sa medzi podkladnicu a betónový podval vkladá polyetylénová podložka a koľajnica je upevnená pružnými zvierkami. Tlak z podvalov pôsobí na štrkové lôžko, preto je potrebné podvaly rozložiť rovnomerne. Rozloženie podvalov v koľaji sa volá rozdelenie podvalov, a je to vzdialenosť medzi susednými podvalmi. Kde sa počíta s vyššími nápravovými tlakmi je rozloženie podvalov hustejšie a naopak. 
 
Okrem spomenutých typov podvalov sa na Slovensku začali používať aj oceľové podvaly typu Y. Tieto sa použili pri rekonštrukcii trate v druhom Lamačskom tuneli v Bratislave.
 
O nových trendoch sa dočítate v odbornej periodickej tlači napr. tu v článku Nové prvky a technologie výstavby železničních tratí. V súčasnosti sa na nových a rekonštruovaných tratiach používa tzv. bezpodkladnicové pružné uchytenie.
 
Pre podvaly používané na tratiach ŽSR platia technické normy železníc, ktoré určujú ich tvar, rozmery, hmotnosť a ďalšie parametre:
 
  • TNŽ 72 3117 Železničné podvaly z predpätého betónu. Základné ustanovenia.
  • TNŽ 72 3117-I I. časť. Železničné podvaly z predpätého betónu. Podval tvaru PB-2
  • TNŽ 72 3117-II II. časť. Železničné podvaly z predpätého betónu Podval typu SB-5-P
  • TNŽ 72 3117-III III. časť. Železničné podvaly z predpätého betónu. Podval typu SB-6-P
  • TNŽ 72 3117-IV IV. časť. Železničné podvaly z predpätého betónu. Podval typu SB-8
Spracované podľa literatúry:
 
  • ANTONICKÝ Stanislav: Svet na koľajniciach, Mladé letá Bratislava 1987, 
  • GAŠPARÍK Jozef, LICHNER Dušan, BLAHO Peter: Základy železničnej dopravnej prevádzky, Žilinská univerzita v Žiline 2008,
  • KUBÁČEK Jiří Ing., CSc., a kol: Dejiny železníc na území Slovenska, ŽSR 1993,
  • VYSLOUŽIL Jiří Ing., CSc., a kol.: Železniční tratě, Nadas Praha 1983.

Home