Droga stała (historia) - Permanent way (history)
.png)
Trwały sposób to elementy kolejowych linii: Ogólnie pary szyn zazwyczaj układane na podkładach lub powiązań osadzonych w balastem, przeznaczony do wykonywania zwykłych pociągów kolejowych. Opisuje się go jako sposób trwały, ponieważ we wcześniejszych dniach budowy kolei wykonawcy często układali tymczasowy tor do transportu urobku i materiałów na terenie budowy; gdy prace te zostały zasadniczo zakończone, podjęto tymczasowe torowisko i zainstalowano drogę stałą.
Najwcześniejsze tory składały się z drewnianych szyn na poprzecznych drewnianych podkładach, co pomagało zachować rozstaw szyn. Różne zmiany, a następnie z żeliwa płyt ułożonych na drewnianych szyn i następnie kute żelazo płyt lub blachy kątowej kutego żelaza ( kątownika jak L-kształtnych szyn płytkę). Szyny były również indywidualnie mocowane do rzędów bloków kamiennych, bez poprzeczek, aby zachować prawidłową separację. Ten system również powodował problemy, ponieważ bloki mogły się poruszać pojedynczo. Pierwsza wersja szerokotorowego systemu Isambard Kingdom Brunela o szerokości 7 stóp ( 2134 mm ) wykorzystywała szyny ułożone na podłużnych podkładach, których rozstaw szyn i wysokość były przytwierdzone przez przywiązanie do pali (podobnie jak w przypadku mostu palowego ), ale ten układ był drogie i Brunel wkrótce zastąpił go tym, co stało się klasycznym torem szerokotorowym, w którym zrezygnowano z pali, a rygle, podobnie jak podkłady, zachowały rozstaw szyn. Obecnie większość torów kolejowych wykorzystuje standardowy system szyn i podkładów; tor drabiny jest używany w kilku zastosowaniach.
Rozwój technologii produkcji doprowadził do zmian w projektowaniu, produkcji i montażu szyn, podkładów i środków mocowania. Szyny żeliwne o długości 4 stóp (1,22 m) zaczęto stosować w latach 90. XVIII wieku, a do 1820 r. w użyciu były szyny z kutego żelaza o długości 15 stóp (4,57 m). Pierwsze stalowe szyny wykonano w 1857 roku, a standardowe długości szyn zwiększono z czasem z 30 do 60 stóp (9,14 do 18,29 m). Szyny były zazwyczaj określane przez jednostki masy na długość liniową, a te również wzrastały. Podkłady kolejowe były tradycyjnie wykonane z Creosote -treated twardego drewna i trwało to aż do czasów współczesnych. Ciągłe spawane szyny zostały wprowadzone do Wielkiej Brytanii w połowie lat 60., a następnie wprowadzono podkłady betonowe.
Drewniane systemy gąsienicowe
Sposoby deski
Wydaje się, że najwcześniejsze wykorzystanie linii kolejowej miało związek z górnictwem w Niemczech w XII wieku. Kopalniane korytarze były zazwyczaj mokre i błotniste, a przemieszczanie wzdłuż nich taczek rudy było niezwykle trudne. Wprowadzono ulepszenia, układając drewniane deski, aby kontenery na kółkach mogły być ciągnięte przez siłę roboczą. W XVI wieku problem z utrzymaniem prostoliniowego ruchu wagonu został rozwiązany przez umieszczenie szpilki w szczelinie między deskami. Georg Agricola opisuje wozy w kształcie skrzyni, zwane „psami”, o połowę większe od taczki, wyposażone w tępy pionowy kołek i drewniane rolki poruszające się na żelaznych osiach. Przykład z epoki elżbietańskiej odkryto w Silvergill w Cumbrii w Anglii i prawdopodobnie były one również używane w pobliskich kopalniach Royal of Grasmere, Newlands i Caldbeck. Tam, gdzie pozwalało na to miejsce, zainstalowano okrągłe drewniane tory do przewozu ciężarówek z kołami kołnierzowymi: obraz flamandzkiego artysty Lucasa Gassela z 1544 r. przedstawia kopalnię miedzi z tego typu szynami wyłaniającymi się ze sztolni .
Szyny krawędziowe
Inny system został opracowany w Anglii, prawdopodobnie pod koniec XVI wieku, w pobliżu Broseley do transportu węgla z kopalń, czasami dryfujących kopalni w dół zbocza Severn Gorge do rzeki Severn . Ten, prawdopodobnie pochylni ciągnięty przez linę, istniał „na długo przed” 1605. To prawdopodobnie poprzedzało Wagonway Wollaton z 1604 roku, który do tej pory był uważany za pierwszy.
W Shropshire rozstaw był zwykle wąski, aby umożliwić zabranie wagonów pod ziemię w kopalniach sztolni. Jednak zdecydowanie najwięcej wagonów znajdowało się w pobliżu Newcastle upon Tyne , gdzie jeden wagon był ciągnięty przez konia na wagonie o współczesnym torze normalnym. Zabrali oni węgiel z szybu do staithe , gdzie węgiel był ładowany do łodzi rzecznych zwanych kilami.
Problemem było zużycie drewnianych szyn. Mogły zostać odnowione przez odwrócenie ich, ale musiały być regularnie wymieniane. Niekiedy szynę wykonywano w dwóch częściach, tak aby górną część można było łatwo wymienić po zużyciu. Szyny były utrzymywane razem przez drewniane podkłady, pokryte balastem, aby zapewnić koniowi powierzchnię do chodzenia.
Wczesne żelazne szyny
Taśmy żeliwne można było układać na drewnianych szynach, a zastosowanie takich materiałów miało miejsce prawdopodobnie w 1738 r., ale istnieją twierdzenia, że technologia ta sięga 1716 r. W 1767 r. huta Ketley rozpoczęła produkcję płyt żeliwnych , które mocowano do górna część drewnianych szyn z gwoździami, aby zapewnić trwalszą powierzchnię bieżną. Konstrukcja ta była znana jako szyna taśmowa (lub szyna taśmowa) i była szeroko stosowana w kolejach parowych w Stanach Zjednoczonych. Choć stosunkowo tanie i szybkie w budowie, nie nadawały się do dużych obciążeń i wymagały „nadmiernej konserwacji”. Koła pociągu toczące się po kolcach poluzowały je, umożliwiając szynie uwolnienie się i zakrzywienie w górę na tyle, że koło samochodu mogło się pod nią wcisnąć i wcisnąć koniec szyny w podłogę wagonu, wijąc się i skręcając, zagrażając pasażerom. Te połamane szyny stały się znane jako „głowy węży”.
Kiedy kute żelazo stało się dostępne, kute płyty zapewniły jeszcze bardziej trwałą powierzchnię. Szyny miały wystające ucha (lub uszy) z otworem, aby umożliwić ich przymocowanie do leżącej pod spodem drewnianej szyny.
Żelazne talerze
Alternatywę opracował John Curr z Sheffield, kierownik tamtejszej kopalni Duke of Norfolk . Miał on szynę w kształcie litery L, dzięki czemu kołnierz znajdował się na szynie, a nie na kole. Wykorzystali to również Benjamin Outram z Butterley Ironworks i William Jessop (który został ich partnerem w 1790 roku). Były one używane do transportu towarów na stosunkowo krótkie odległości do kanałów, chociaż Curr biegał między kopalnią dworską a miastem Sheffield . Te szyny są określane jako płyty, a kolej jest czasami nazywana płytą. Z tego pochodzenia wywodzi się także termin „płyta płytowa”. Teoretycznie koła bez kołnierza mogły być używane na zwykłych autostradach, ale w praktyce robiono to prawdopodobnie rzadko, ponieważ koła wagonu były tak wąskie, że wbijałyby się w nawierzchnię drogi.
System znalazł szerokie zastosowanie w Wielkiej Brytanii. Często płyty były montowane na kamiennych blokach, a czasem bez podkładów, ale to mogło spowodować rozsunięcie się szyn, zwiększając rozstaw. Tego rodzaju koleje były szeroko stosowane w południowej Walii, zwłaszcza do transportu wapienia do huty, a następnie do przewożenia żelaza do kanału, czasami oddalonego o kilka mil, który przewoził produkty na rynek. Szyny były początkowo wykonane z żeliwa, zwykle o długości 3 stóp (0,91 m), rozpięte między kamiennymi blokami.
Zakładano, że kamienne bloki są trwałe, ale doświadczenie szybko pokazało, że osiadły i stopniowo przesuwały się pod wpływem ruchu, tworząc chaotyczną geometrię torów i powodując wykolejenia. Innym problemem było to, że powierzchnia bieżna była podatna na zablokowanie przez kamienie odsunięte od balastu. Alternatywą było użycie żelaznego drążka łączącego, aby utrzymać szyny na odpowiednim rozstawie, wyposażonego w stopkę, w której szyna była zamocowana.
Przykładem tego był tramwaj Penydarren lub Merthyr . Wykorzystał to Richard Trevithick do zademonstrowania pionierskiej lokomotywy w 1804 roku, używając jednego z jego wysokociśnieniowych silników parowych , ale silnik był tak ciężki, że złamał wiele szyn.
Wczesne szyny krawędziowe
Żeliwne szyny krawędziowe zostały użyte przez Thomasa Dadforda juniora podczas budowy linii Beaufort i Blaenavon do kanału Monmouthshire w 1793 roku. Były to prostokątne szyny o szerokości 2,5 cala (64 mm ) i głębokości 3 cali (76 mm) i 4 stopy ( 1,2 m) i wymagane kołnierze na kołach wagonu. W tym samym roku Benjamin Outram zastosował szyny krawędziowe na kanale Cromford . Belki w kształcie litery T były używane przez Williama Jessopa na linii Loughborough - Nanpantan w 1794 roku, a jego synowie używali belek w kształcie litery I w latach 1813–15 na linii kolejowej z Grantham do zamku Belvoir . Próbki tych szyn znajdują się w Muzeum Nauki w Londynie .
Krótkotrwałą alternatywą był profil z rybim brzuchem , po raz pierwszy użyty przez Thomasa Barnesa (1765-1801) w Walker Colliery, niedaleko Newcastle w 1798 r., który umożliwił szynom uzyskanie większej rozpiętości między blokami. Były to szyny krawędziowe o przekroju teowym, długie na trzy stopy i ułożone na poprzecznych podkładach kamiennych. Były one nadal wykonane z żeliwa .
Stawy doczołowe przeciwko lapońskim
Najwcześniejsze szyny miały kwadratowe złącza doczołowe, które były słabe i trudne do utrzymania w jednej linii. George Stephenson wprowadził stawy docierane, które dość dobrze zachowywały swoje wyrównanie.
Nowoczesne szyny krawędziowe
Przełom nastąpił, gdy John Birkinshaw z Bedlington Ironworks w Northumberland opracował w 1820 r. walcowane szyny z kutego żelaza o długości 15 stóp (4,6 m), takie jak używane w Stockton and Darlington Railway . Był wystarczająco mocny, aby udźwignąć ciężar lokomotywy i ciągniętego przez nią pociągu wagonów (lub wagonów). To oznacza początek ery nowoczesnej kolei. Ten system odniósł natychmiastowy sukces, chociaż zdarzały się falstarty. Niektóre wczesne szyny były produkowane w przekroju T, ale brak metalu w stopce ograniczał wytrzymałość szyny na zginanie, która musi działać jak belka między podporami.
W miarę ulepszania technologii metalowych te szyny z kutego żelaza były stopniowo wydłużane i miały cięższy, a zatem mocniejszy przekrój. Dzięki dostarczeniu większej ilości metalu w stopie szyny stworzono mocniejszą belkę, uzyskując znacznie lepszą wytrzymałość i sztywność, a także stworzono przekrój podobny do widocznego do dziś odcinka szyny typu bullhead. Było to jednak drogie, a promotorzy wczesnych kolei borykali się z decyzjami o odpowiedniej wadze (a więc wytrzymałości i kosztach) swoich szyn.
Początkowo odcinek szyny był prawie symetryczny od góry do dołu i został opisany jako szyna dwugłowicowa. Intencją było odwrócenie szyny po zużyciu górnej powierzchni, ale szyny mają tendencję do powstawania żółtków krzesełkowych, ścierania szyny w miejscu, w którym jest ona podparta na krzesłach, co spowodowałoby, że bieganie po poprzedniej dolnej powierzchni byłoby niemożliwie hałaśliwe i nieregularny. Lepiej było zapewnić dodatkowy metal na górnej powierzchni i uzyskać tam dodatkowe zużycie bez konieczności odwracania szyny w okresie jej półtrwania.
Wiele kolei preferowało płaski dolny odcinek szyny, w którym szyny można układać bezpośrednio na podkładach, co stanowi znaczną oszczędność kosztów. Problemem było wcięcie podkładu; tam, gdzie ruch był duży, konieczne stało się zamontowanie płyty podeszwy pod szynami, aby rozłożyć obciążenie na wiązanie, częściowo zmniejszając oszczędności. Jednak w głównych sytuacjach, forma ta znalazła niemal powszechne zastosowanie w Ameryce Północnej i Australii oraz w dużej części Europy kontynentalnej. Wielka Brytania utrzymywała się z szyną typu bullhead na głównych liniach, a powszechne wprowadzenie szyny z płaskim dnem rozpoczęło się dopiero około 1947 roku.
Szyny stalowe
Pierwsze poręcze wykonane ze stali zostały wykonane w 1857 roku , kiedy Robert Forster Mushet przetapiane złom stali z nieudanej Bessemer procesu, w tygli w Ebbw Vale huty i układano doświadczalnie na stacji kolejowej Derby na Midland Railway w Anglii . Szyny okazały się znacznie trwalsze niż szyny żelazne, które zastąpiły i pozostawały w użyciu do 1873 roku. Henry Bessemer dostarczył 500 ton stalowych bloczków do fabryk kolei London i North Western Railway w Crewe w 1860 roku. Kilka innych firm rozpoczęło produkcję szyn stalowych w kolejnych latach. Przejście na szyny stalowe zostało przyspieszone przez wprowadzenie produkcji stali z otwartym paleniskiem . William Siemens założył swoją hutę w Landore częściowo po to, by dostarczać kolej do Great Western Railway . Nastąpił boom w produkcji kolei, ale kryzys bankowy w Ameryce spowolnił tempo budowy kolei i zamówień dla brytyjskich producentów kolejowych. Brytyjski przemysł żelazny i stalowy wszedł w recesję, która szczególnie dotknęła sektor kutego żelaza. Kiedy popyt na szyny zaczął ponownie rosnąć, dotyczyło to głównie szyn stalowych, które były trwalsze niż żelazne.
Powiązane funkcje
Śpiący
Podkłady drewniane, czyli belki poprzeczne podtrzymujące dwie szyny tworzące tor, zastąpiły stosowane dawniej pojedyncze bloki kamienne. Ten system ma tę główną zaletę, że konserwacyjne korekty geometrii toru nie zakłócają najważniejszej szerokości toru. Wyrównanie toru można było regulować przesuwając podkłady bez utraty rozstawu. Drewno iglaste było szeroko stosowane, ale jego żywotność była ograniczona, jeśli nie było konserwowane, a niektóre koleje zakładały w tym celu zakłady kreozowania. Drewno twarde impregnowane kreozotem jest obecnie szeroko stosowane w Ameryce Północnej i poza nią.
Do tej pory stosowano stosunkowo długie (może 20 stóp) poręcze z kutego żelaza wsparte na krzesłach na drewnianych podkładach poprzecznych – forma toru rozpoznawalna dziś w starszych torach.
Jako alternatywę dla drewna wypróbowano podkłady stalowe; Acworth w 1889 roku opisuje produkcję stalowych podkładów kolejowych w Londynie i North Western Railway, a tam jest ilustracja przedstawiająca walcowany ceownik (płytkie odwrócone kształty „U”) bez ukształtowanych końcówek i trzyczęściowe kute krzesła nitowane bezpośrednio. Jednak wydaje się, że podkłady stalowe nie były powszechnie stosowane aż do około 1995 roku. Obecnie ich dominującym zastosowaniem jest przedłużanie żywotności istniejących torów na trasach drugorzędnych. Mają znaczną przewagę na słabych formacjach i słabych warunkach balastowych, ponieważ powierzchnia łożyska znajduje się na wysokim poziomie, bezpośrednio pod gniazdem szyny.
Mocowania do szyn
Wczesne szyny żeliwne z XVIII wieku i wcześniejsze wykorzystywały integralne mocowania do przybijania gwoździ lub śrub do podkładów kolejowych. Wprowadzone pod koniec XVIII wieku szyny taśmowe z żeliwa, a później walcowanego, przybijano do drewnianych podpór poprzez wgłębione otwory w metalu. Wprowadzenie walcowanych profili szynowych w latach 20. XIX wieku, takich jak jednokołnierzowa szyna równoległa T, a później dwukołnierzowa szyna równoległa T, wymagało użycia krzeseł, kluczy do przytrzymywania szyny oraz śrub lub kolców do mocowania krzesła. Szyny płaskodenne wynaleziony przez Roberta L. Stevens 1830 początkowo dodawano bezpośrednio do podkładów drewnianych, potem wiązać płytki zostały użyte w celu rozwiązania oraz utrzymać wieszak na wzorcowych wbudowane łopatki w tablicy. Poza Ameryką Północną wprowadzono później szeroką gamę sprężynowych systemów mocowania w połączeniu z płytami podstawowymi i szyną z płaskim dnem, które są obecnie wszechobecne na głównych liniach kolei dużych prędkości.
Balast
Tor był pierwotnie kładziony bezpośrednio na ziemi, ale szybko okazało się to niezadowalające i niezbędna była pewna forma balastu, aby rozłożyć obciążenie i utrzymać tor we właściwym położeniu. Podłoże naturalne rzadko jest wystarczająco mocne, aby przyjąć obciążenie lokomotywy bez nadmiernego osiadania, a warstwa podsypki pod podkładem zmniejsza nacisk łożyska na podłoże. Podsypka otaczająca podkłady również utrzymuje je na miejscu i jest odporna na przemieszczenie.
Balast stanowił zwykle jakiś lokalnie dostępny produkt mineralny, taki jak żwir lub materiał odpadowy z wydobycia węgla i żelaza. Great North of Scotland Kolei używane rzeka żwiru - okrągłe kamyki. W późniejszych latach wykorzystywano popiół z maszyn parowych oraz żużel (produkt uboczny produkcji stali).
Wskaźniki
Wczesne rozstawy torów
Wczesne koleje były prawie wyłącznie lokalnymi koncernami związanymi z transportem minerałów do niektórych dróg wodnych; dla nich rozstaw torów został dostosowany do wagonów, które miały być użyte, i zwykle mieścił się w zakresie od 4 stóp do 4 stóp 8½ cala, i początkowo nie było pojęcia o potrzebie jakiejkolwiek zgodności z rozstawem toru inne linie. Kiedy powstały pierwsze publiczne koleje, umiejętne innowacje George'a Stephensona sprawiły, że jego koleje dominowały, a 4 stopy 8+1 / 2 w(1,435 mm) miernika użył zatem najbardziej rozpowszechnione. Wraz z rozwojem wczesnych koncepcji łączenia różnych systemów kolejowych, ta skrajnia zyskała powszechne zastosowanie. To mniej więcej przypadek w historii, że ten rozstaw – pasujący do wagonów już używanych w kopalni, w której George Stephenson był maszynistą – stał się brytyjskim rozstawem standardowym: był eksportowany do większości krajów Europy i Ameryki Północnej.
Czasami nawiązuje się do „rozstawu” kolein w kamiennych jezdniach w starożytnych miejscach, takich jak Pompeje , i często twierdzi się, że są one mniej więcej takie same jak rozstaw Stephensona. Oczywiście koleiny były tworzone przez koła wozów, a wozy miały rozsądny rozmiar dla wozów konnych sprzed epoki przemysłowej, prawie taki sam jak rozmiar wozów przedkolejowych w kopalni, w której pracował Stephenson : to jedyne połączenie.
Tor szerokotorowy
Kiedy Isambard Kingdom Brunel wymyślił Great Western Railway (GWR), szukał ulepszonego projektu dla swojej linii kolejowej i nie zaakceptował żadnej z wcześniejszych mądrości bez wyzwania. Wagon o szerokości 4 stóp i 8 cali był wystarczający dla małych ciężarówek z minerałami w tramwaju konnym, ale chciał czegoś bardziej stabilnego dla swojej szybkiej kolei. Koła o dużej średnicy stosowane w dyliżansach zapewniały lepszą jakość jazdy po nierównym terenie, a Brunel pierwotnie zamierzał przewozić swoje wagony pasażerskie w ten sam sposób – na kołach o dużej średnicy umieszczonych na zewnątrz wagonów. Aby to osiągnąć, potrzebował szerszego rozstawu torów i zdecydował się na słynny 7 stóp (2,1 m) szerokości toru . (Później został złagodzony do 7 stóp 0¼in). Kiedy nadszedł czas na budowę wagonów pasażerskich, zostały one ostatecznie zaprojektowane konwencjonalnie z mniejszymi kołami pod nadwoziami, ale przy 7-stopowym rozstawie toru nadwozia mogły być znacznie szersze niż na standardowym rozstawie. Jego pierwotny zamiar, aby koła znajdowały się poza szerokością ciał, został porzucony.
Brunel przyjrzał się również nowatorskim formom torów i zdecydował się na zastosowanie szyny podpartej w sposób ciągły. Używając podłużnych belek pod każdą szyną, osiągnął gładszy profil, nie wymagając przy tym tak mocnego odcinka szyny, i użył do tego celu płytkiej szyny mostu . Szersza, płaska stopa oznaczała również, że można było zrezygnować z krzesła potrzebnego sekcji bullhead. Podłużne belki musiały być utrzymywane w odpowiednich odstępach, aby prawidłowo utrzymać miernik, a Brunel osiągnął to, stosując drewniane rygle – poprzeczne przekładki – i żelazne ściągi. Całe zgromadzenie nazwano drogą miedzową – kolejarze zwykle nazywają swój tor drogą. Początkowo Brunel kazał przywiązać gąsienicę do pali drewna, aby zapobiec przesuwaniu się na boki i podskakiwaniu, ale przeoczył fakt, że usypana ziemia, na której jego gąsienica była podparta między palami, osiada. Pale pozostały stabilne, a grunt między nimi ułożył się tak, że jego tor wkrótce miał nieprzyjemną falistość, i musiał kazać je odciąć, aby tor mógł osiąść mniej więcej równomiernie. Wariant drogi obwodnicy można zobaczyć do dziś na wielu starszych mostach, w których nie przewidziano balastu. Konstrukcja jest bardzo zróżnicowana, ale w wielu przypadkach podłużne belki są podparte bezpośrednio na dźwigarach poprzecznych za pomocą rygli i ściągu, aby zachować rozstaw, ale oczywiście za pomocą nowoczesnych szyn i płyt bazowych lub krzeseł. Podkłady podłużne są nieco podobne do współczesnych torów drabinkowych .
Grupa kolei, której inżynierem był Brunel, odniosła sukces, a tor szerokotorowy rozprzestrzenił się w zachodniej Anglii, południowej Walii i West Midlands . Jednak w miarę rozprzestrzeniania się brytyjskiej sieci kolejowej niekompatybilność obu systemów stała się poważną przeszkodą, ponieważ wagonu nie można było przesyłać z jednego systemu do drugiego bez ręcznego przeładunku towarów. Powołano Komisję Mierniczą, która miała określić politykę narodową. Szerokotorowy był technicznie lepszy, ale przekształcenie tras o standardowej szerokości na szeroki oznaczałoby przebudowę każdego tunelu, mostu i peronu stacji, podczas gdy powszechne przyjęcie standardowej szerokości toru wymagało jedynie stopniowej konwersji samego toru. Linia szerokotorowa była skazana na zagładę i nie można było zbudować dalszych niezależnych linii szerokotorowych.
Istniejące trasy szerokotorowe mogły być kontynuowane, ale jako że nie miały one potencjału rozwojowego, to tylko kwestią czasu było ich ostateczne przekształcenie w standardowe. W międzyczasie zainstalowano obszerny przebieg toru mieszanego , gdzie każda linia miała trzy szyny, aby pomieścić pociągi o dowolnej szerokości. Było kilka przypadków mieszanych pociągów cechowania są prowadzone, gdzie wagony każdego miernika były prowadzone w jednym pociągu. Spuścizna szerokiego toru jest wciąż widoczna tam, gdzie wydaje się, że między peronami stacji jest niepotrzebnie duża przestrzeń.
XX wiek i dalej
1900 do 1945
Na początku XX wieku forma brytyjskiego toru zbiegła się z wykorzystaniem szyn z kutego żelaza wspartych na żeliwnych krzesłach na drewnianych podkładach, ułożonych w jakiejś formie podsypki. W Ameryce Północnej standardem były szyny T i ściągi mocowane do drewnianych poprzeczek za pomocą wyciętych kolców. Wiele linii kolejowych używało bardzo lekkich szyn, a wraz ze wzrostem masy i prędkości lokomotyw stały się one niewystarczające. W konsekwencji na głównych liniach stosowane szyny były coraz cięższe (i mocniejsze). Usprawniono procesy metalurgiczne i weszły do użytku lepsze szyny, w tym niektóre ze stali. Z punktu widzenia utrzymania połączenia szynowe były źródłem większości prac, a wraz z udoskonaleniem technik wytwarzania stali możliwe stało się walcowanie szyn stalowych o zwiększonej długości – zmniejszając liczbę połączeń na milę. Standardowa długość wynosiła 9 144 mm (30 stóp), następnie szyny 45 stóp (13 716 mm), a wreszcie szyny 60 stóp (18 288 mm) stały się normą. Do użytku na głównej linii standardowy odcinek kolei stał się sekcją 95BH, ważącą 95 funtów na jard (47,13 kg na metr). W przypadku tras drugorzędnych zastosowano lżejszy odcinek 85BH (42,16 kg na metr).
Szyny z płaskim dnem były nadal postrzegane jako niepożądane dla brytyjskich kolei głównych, pomimo ich pomyślnego zastosowania w Ameryce Północnej, chociaż niektóre lekko eksploatowane brytyjskie koleje wykorzystywały je, zwykle z kolcami bezpośrednio do podkładów. Przy intensywnym użytkowaniu poważnie wgniatały podkłady i na początku pojawiły się dodatkowe koszty płyty podstawy, aby wykluczyć płaską część dolną.
Podkłady drewniane były drogie i nietrwałe, a inżynierowie kolei mieli silne – i sprzeczne – poglądy na temat najlepszych gatunków drewna i najlepszych zabiegów konserwujących. Koleje zmierzały w kierunku standaryzacji na podkładach z drewna iglastego zakonserwowanego przez ciśnieniowe wtryskiwanie kreozotu , o wymiarach 8 stóp 6 cali (2 591 mm) długości na 10 cali (254 mm) na 5 cali (127 mm). Krzesła mocowano do podkładów szynami (stalowe kolce wbite w drewnianą tuleję) lub trzema śrubami do krzeseł na trasach pierwszej klasy. Sam GWR wśród głównych linii kolejowych zachował swój własny standard, szynę 00 na 97½ funta / km (48,365 kg na metr) oraz z dwoma śrubami mocującymi każde krzesło do podkładu, z łbem śruby pod podkładem i nakrętka nad krzesłem – bezpieczniejsza, ale o wiele trudniejsza do wyregulowania.
Niektóre eksperymenty wykonano przed 1945 r. z podkładami żelbetowymi, w większości przypadków z zamontowanymi na nich krzesłami typu bullhead. Było to odpowiedzią na bardzo wysoką cenę najlepszego (najtrwalszego) drewna, ale podkłady żelbetowe nigdy nie odniosły sukcesu w głównej linii. Donice betonowe były również używane na bocznicach; czasami nazywane są podkładami dwublokowymi i składały się z dwóch betonowych bloków, z których każdy był zamontowany na krześle oraz kątownika łączącego je i utrzymującego miernik.
Wydarzenia powojenne
Pod koniec II wojny światowej w 1945 r. brytyjskie koleje były zużyte, załatane po zniszczeniach wojennych bez dostępu do wielu nowych materiałów. Kraj był również w słabej sytuacji ekonomicznej, a przez blisko dekadę po wojnie materiałów – zwłaszcza stali i drewna – brakowało. Siła robocza również była poważnie ograniczona pod względem dostępności.
Firmy kolejowe zostały przekonane, że tradycyjne formy torów typu bullhead wymagają rewizji i po pewnych eksperymentach przyjęto nowy format szyny z płaskim dnem. The British Standard odcinki były nieprzydatne i nowy profil, szyna 109 lb / podwórze, powstał nowy standard. W odcinkach o długości 60 stóp, ułożonych na stalowych płytach fundamentowych na podkładach z drewna iglastego , miał to być uniwersalny standard. Mocowania miały być wykonane ze sprężystej stali, a dla tras drugorzędnych przyjęto szynę o wadze 98 funtów/jard. Różnice regionalne nadal się utrzymywały, a na przykład w regionie wschodnim preferowano podkłady z twardego drewna i mocowania Mills .
Nowe projekty odniosły sukces, ale wprowadziły wiele wyzwań, zwłaszcza, że dostępność doświadczonego personelu zajmującego się konserwacją torów stała się bardzo trudna, a źle utrzymany płaski tor dna wydawał się trudniejszy do utrzymania w dobrym stanie niż źle utrzymany tor typu bullhead. Większa sztywność płaskiego dna była zaletą, ale miał tendencję do prostowania się między stawami na zakrętach; sztywność płaskiego dna prowadziła do wysokich pionowych sił uderzenia w źle utrzymane złącza, co skutkowało dużą ilością pęknięć zmęczeniowych w złączach. Ponadto elastyczne mocowania szyn wykazywały niewielką odporność na pełzanie szyn – skłonność szyn do stopniowego przemieszczania się w kierunku ruchu, a nakład pracy związany z odciąganiem szyn w celu regulacji połączeń był zaskakująco wysoki.
Długie spawane szyny
Duża część pracy związanej z utrzymaniem toru była wykonywana na złączach, zwłaszcza gdy sztywne szyny zostały zanurzone, a podkłady przegubowe zajęły się młotkiem. Przeprowadzono przedwojenne eksperymenty z długimi spawanymi szynami, a od 1960 roku montowano długie szyny, początkowo na podkładach z twardego drewna, ale wkrótce na podkładach betonowych. Na przykład pierwsza długa, spawana szyna (prawie 1,6 km) na brytyjskiej linii East Coast Main Line została ułożona w 1957 r., na południe od Carlton-on-Trent , na gumowych podkładkach, aby zapobiec pełzaniu szyn. Na tym pionierskim etapie popełniono kilka katastrofalnych błędów w szczegółowym projekcie, ale od około 1968 r. ciągła spawana szyna stała się niezawodnym standardem uniwersalnej instalacji na trasach głównych i drugorzędnych. Przyjęta forma wykorzystywała podkłady strunobetonowe i odcinek szyny 110A – niewielkie ulepszenie w stosunku do poprzednio stosowanych szyn 109 – A miał odróżnić go od odcinka szyny brytyjskiego standardu 110 lb/yd, który był nieodpowiedni. Mocowania szyn ostatecznie zbiegły się w zastrzeżony klips sprężynowy firmy Pandrol , który przez około 30 lat był wyłączną formą mocowania w Wielkiej Brytanii.
Spawany tor miał być ułożony na 15 do 30 centymetrów podsypce z tłucznia kamiennego, chociaż nie zawsze było to osiągane, a nośność formacji nie zawsze była brana pod uwagę, co prowadziło do spektakularnych awarii formacji .
Dalsze ulepszenie profilu szyny wyprodukowało sekcję 113A, która była uniwersalnym standardem do około 1998 roku; szczegółowa poprawa podkładów i profilu balastowego dopełniła obrazu, a ogólna forma toru ustabilizowała się. Ten format obowiązuje obecnie ponad 99% głównych linii głównych w Wielkiej Brytanii, chociaż odcinek kolejowy CEN60 (60 kg/m) został wprowadzony w Wielkiej Brytanii w latach 90. XX wieku. Ma on szerszą stopę szyny i jest wyższy niż sekcja 113A, więc jest niekompatybilny ze standardowymi podkładami.
Pociągi odnawiające tor zastąpiły teraz pracochłonne, stałe bandy. Długa, spawana szyna była trudna do ręcznego montażu. Wczesna demonstracja zmechanizowanego układania torów za pomocą dwóch 180-metrowych odcinków długiej spawanej szyny miała miejsce na oddziale Fighting Cocks w 1958 roku. Dwie długości zostały załadowane na dziesięć wagonów, przymocowanych do istniejącego toru za pomocą stalowej liny i cofnięty z prędkością 30 stóp (9,1 m) na minutę. Gdy pociąg się cofał, stare szyny zostały podważone, a nowe spadły na krzesła. Wciągnik na tylnym wagonie upuścił ostatnią część szyny na miejsce.
Szerokość toru
Jak wspomniano, ogólna szerokość toru w Wielkiej Brytanii wynosiła 4 stopy 8+1 / 2 w(1,435 mm). W późnych latach pięćdziesiątych ogólne standardy utrzymania torów gwałtownie się pogorszyły ze względu na trudności z załogą, a na niektórych trasach wzrosły prędkości pociągów towarowych. Pociągi towarowe składały się prawie wyłącznie z czterokołowych wagonów o krótkim rozstawie (10 stóp) przewożonych na bardzo sztywnym eliptycznym zawieszeniu na resorach piórowych, a wagony te wykazywały niepokojąco szybkie tempo wzrostu przypadków wykolejenia. Każdy, kto stał na poboczu, mógł obserwować przejeżdżający szybko pociąg towarowy i obserwować, jak kilka wagonów kołysze się i niepokojąco kołysa się nawet na dobrym torze, a wykolejenie następuje, gdy natrafia na jakikolwiek kiepski tor.
Problemem było zachowanie dynamiczne wagonów, ale przyjęto rozwiązanie polegające na zmniejszeniu dopuszczalnej prędkości wagonów do 45 mil na godzinę i zmniejszeniu rozstawu toru o jedną ósmą cala, do 4 stóp 8 cali (1432 mm) dla nowych instalacje toru spawanego w sposób ciągły na podkładach betonowych. Oczywiście długi cykl życia toru oznaczał, że proces konwersji zajmie 30 lub więcej lat. Jednak podstawa zwężenia skrajni była błędna. Wydaje się, że pomysł polegał na zmniejszeniu wolnej przestrzeni dla bocznego ruchu wagonów, tak aby były one „zamknięte” do jazdy w linii prostej. W rzeczywistości pojazdy szynowe nie są objęte obrzeżami kół, z wyjątkiem bardzo ostrych zakrętów, a podczas normalnej jazdy dominuje efekt kierowania ze względu na stożkowatość kół. Przy zmniejszeniu szerokości toru zwiększa się – pogarsza się efektywna stożkowatość – oraz zwiększa się tendencja wagonów do zbaczania i kołysania. Wiele wykolejeń miało miejsce na stosunkowo nowych, nieprzerwanie spawanych torach kolejowych, a często takie wykolejenie zniszczyło około mili nowego toru, ponieważ pociąg towarowy mógł się zatrzymać na tej odległości; podkłady betonowe nie były mocne pod wykolejonymi kołami wagonu.
Efekt zmniejszony, gdy zmodernizowano tabor wagonów (a inne efekty zajęły pierwsze miejsce), a szerokość toru dla nowego toru została po cichu przywrócona do 4 stóp 8.+1 / 2 w(1,435 mm). Oczywiście zdecydowana większość torów na głównych liniach jest nadal, zgodnie z instalacją, na węższym rozstawie i minie kilkadziesiąt lat, zanim zmiana rozstawu zostanie zakończona.
Rozjazdy i skrzyżowania
Terminologia jest trudna dla „rozjazdów i skrzyżowań” (S&C), które wcześniej były „rozjazdami i skrzyżowaniami” lub „osprzętem”.
Wczesny S&C pozwalał jedynie na bardzo małą prędkość na trasie pomocniczej („rozjazd”), więc projekt geometryczny nie był zbyt ważny. Wiele starszych jednostek s&c miało luźny przegub na pięcie, dzięki czemu szyna zwrotnicy mogła obracać się blisko szyny podstawowej lub otwierać się z niej. Gdy szyna zwrotnicy została zamknięta, zapewniono rozsądne wyrównanie; kiedy był otwarty, żadne koło nie mogło po nim jechać, więc nie miało to znaczenia.
Wraz ze wzrostem prędkości nie było to już możliwe, a szyny zwrotnicy zostały zamocowane na końcu pięty, a ich elastyczność umożliwiała otwieranie i zamykanie końca palców. Produkcja rozjazdów była procesem złożonym, a jeszcze bardziej rozjazdów. Prędkości na trasie pomocniczej rzadko przekraczały 20 mil na godzinę, z wyjątkiem bardzo specjalnych konstrukcji, i zastosowano wielką pomysłowość, aby zapewnić dobrą jazdę pojazdom przejeżdżającym z dużą prędkością na głównej linii. Utrudnieniem było wspólne skrzyżowanie, na którym ciągłe podparcie przejeżdżających kół było utrudnione, a szynę zwrotnicową zaprojektowano tak, aby chronić ją przed bezpośrednim uderzeniem w kierunku zwarcia, przez co wprowadzono projektowaną nieregularność podparcia.
Ponieważ wymagane były większe prędkości, zaprojektowano więcej konfiguracji s&c i wymagana była bardzo duża liczba komponentów, z których każdy był specyficzny tylko dla jednego typu s&c. Przy większych prędkościach na drodze rozjazdowej zjazd z głównej trasy jest znacznie bardziej stopniowy, w związku z czym wymagane jest bardzo znaczne rozplanowanie rozjazdu.
Około 1971 r. trend ten został odwrócony dzięki tak zwanemu pionowemu s&c, w którym szyny były utrzymywane w pionie, a nie przy zwyczajowym nachyleniu 1 na 20. W przypadku innych uproszczeń, to znacznie zmniejszyło zapasy wymagane dla szerokiego zakresu prędkości s&c, chociaż szyna pionowa powoduje utratę efektu kierowania i przejazd przez nową pionową s&c jest często nieregularny.
Ciągła spawana szyna
Szyna ciągła spawana (CWR) została opracowana w odpowiedzi na spostrzeżenie, że większość prac związanych z utrzymaniem torów odbywa się na złączach. W miarę ulepszania procesów produkcji i wytwarzania stali, długość zainstalowanych szyn była stopniowo zwiększana, a logicznym rozszerzeniem tego byłoby całkowite wyeliminowanie połączeń.
Główną przeszkodą w tym zakresie jest rozszerzalność cieplna : szyny rozszerzają się w wyższych temperaturach. Bez łączeń nie ma miejsca na rozszerzanie się szyn; gdy szyny stają się cieplejsze, rozwiną ogromną siłę, próbując się rozszerzyć. Jeśli zapobiegnie się ich rozszerzaniu, wytwarzają siłę 1,7 tony (17 kN) na każdy 1 stopień zmiany temperatury na praktycznym odcinku szyny.
Jeśli mały sześcian metalu zostanie ściśnięty między szczękami prasy, skurczy się – to znaczy zostanie nieco zgnieciony – i bardzo duża siła może się oprzeć bez ostatecznej awarii. Jednakże, jeśli długi kawałek metalu o tym samym przekroju zostanie ściśnięty, odkształci się on na boki do kształtu łuku; proces ten nazywa się wyboczeniem, a siła ściskająca, jaką może wytrzymać, jest znacznie mniejsza.
Jeśli długi, cienki kawałek metalu można by ograniczyć, aby zapobiec jego wyboczeniu (np. poprzez umieszczenie wewnątrz rury), wówczas może on wytrzymać znacznie większą siłę ściskającą. Jeżeli szyny można wiązać w podobny sposób, można zapobiec ich wyboczeniu. Ciężar gąsienicy jest odporny na wyboczenie w górę, więc wyboczenie najprawdopodobniej nastąpi na boki. Zapobiegają temu:
- zapewnienie ciężkich podkładów, które generują tarcie na łożu balastowym
- zapewnienie, że podkłady są dobrze podparte na skonsolidowanym balastu, aby umożliwić generowanie tarcia;
- zapewnienie skonsolidowanego balastu po bokach podkładów w celu zapewnienia dodatkowego tarcia
- podgrzewanie szyn po ich zamontowaniu i zamocowaniu w chłodne lub zimne dni, dzięki czemu rozszerzanie w najgorętsze dni jest mniejsze niż w inne
- upewniając się, że każda szyna dodana w przypadku zerwania szyny podczas zimnej pogody jest usuwana przed powrotem ciepłej pogody.
- upewniając się, że krzywe nie układają się do wewnątrz podczas zimnej pogody na tyle, aby zwiększyć prawdopodobieństwo wyboczenia po powrocie ciepłej pogody
- podjęcie środków ostrożności podczas prac konserwacyjnych na torze w czasie upałów oraz upewnienie się, że balast jest wystarczająco zagęszczony przed wznowieniem pracy z pełną prędkością.
Jeśli szyna jest trzymana w taki sposób, że nie może się w ogóle rozszerzać, nie ma ograniczeń co do długości szyny, którą można obsługiwać. (Siła ekspansywna w szynie o długości jednej stopy w określonej temperaturze jest taka sama, jak w szynie o długości mili lub 100 mil). Jednak na końcu odcinka CWR, gdzie stykał się ze starszym, zwykłym torem łączonym, tor ten nie byłby w stanie oprzeć się sile ekspansywnej i tor łączony mógłby zostać zmuszony do wyboczenia. Aby temu zapobiec, zainstalowano specjalne przełączniki rozprężne, zwane czasami odpowietrznikami. Przełączniki rozprężne mogą pomieścić znaczny ruch ekspansywny — zwykle cztery cale (100 mm) lub więcej — w końcowej sekcji CWR bez przenoszenia ruchu na szynę przegubową.
CWR jest instalowany i mocowany w optymalnej temperaturze, aby zapewnić ograniczenie największej możliwej siły rozciągającej. Temperatura ta nazywana jest temperaturą bezstresową i w Wielkiej Brytanii wynosi 27 °C (81 °F). Znajduje się w górnym zakresie zwykłych temperatur zewnętrznych, a rzeczywiste prace instalacyjne są zwykle wykonywane w niższych temperaturach. Pierwotnie szyny były fizycznie podgrzewane do bezstresowej temperatury za pomocą grzejników na propan; następnie grzechotano je drążkami ręcznymi, aby wyeliminować wszelkie wiązania, zapobiegając równomiernemu rozszerzaniu się, a następnie przycinano. Jednak od około 1963 r. do fizycznego rozciągania szyn stosuje się podnośniki hydrauliczne, gdy są one podparte na tymczasowych rolkach. Rozciągając szyny na taką długość, jaką byłyby, gdyby były w temperaturze bez naprężeń, nie ma potrzeby ich podgrzewania; można je po prostu przypiąć przed zwolnieniem gniazd.
Szyny CWR powstają poprzez spawanie ze sobą zwykłych szyn. Przez wiele lat szyny mogły być produkowane w Wielkiej Brytanii tylko w długościach do 60 stóp (18 m 288 mm), a fabryczny proces spawania pozwolił na uzyskanie długości 600, 900 lub 1200 stóp, w zależności od fabryki. Zastosowany proces był procesem typu flash-butt, w którym wysokie prądy elektryczne są wykorzystywane do zmiękczenia końca szyny, a następnie końce są ściskane razem przez bijaki. Proces flash-butt jest bardzo niezawodny, pod warunkiem, że fabryka zapewniła dobrą geometrię zakończeń szyny.
Długie szyny można było przetransportować na miejsce specjalnym pociągiem i rozładowywać na ziemię (poprzez przywiązanie końca łańcuchem i wyciągnięcie pociągu spod szyn). Długie szyny musiały być zespawane ze sobą (lub z sąsiednim torem) przy użyciu procesu spawania na miejscu; a po wstępnych eksperymentach zastosowano zastrzeżony proces spawania Thermit . Był to proces aluminiowo-termiczny, w którym zapalono „porcję” proszku; aluminium był paliwa i metalurgicznym odpowiedni skład ciekłej stali opuszczone do szczeliny pomiędzy końcami szyn zawarte w formach ogniotrwałych.
Pierwotny proces SmW był bardzo wrażliwy na umiejętności operatora, a ponieważ spawanie było zwykle procesem końcowym przed przywróceniem toru do ruchu, czasami stosowano presję czasu, co skutkowało niepożądanymi niewłaściwymi spawami. Ulepszony proces SkV był mniej czuły i z biegiem lat poprawiła się jakość spoiny.
Kwestia wyboczenia nie ogranicza się do CWR, a łączony tor miał wyboczenia w przeszłości. Nakładki na połączeniach muszą być usuwane i smarowane co roku (wymóg został złagodzony na dwa razy w roku w 1993), a tam, gdzie zostało to pominięte lub gdy warunki balastowe były szczególnie słabe, wyboczenie miało miejsce podczas upałów. Ponadto, jeśli pozwolono szynom na pełzanie, zawsze było możliwe, że kilka kolejnych złączy może się zamknąć, tak że szczelina dylatacyjna została utracona, z nieuniknionymi skutkami na początku upałów.
Zobacz też
Bibliografia
Źródła
- Baxtera, Bertrama (1966). Kamienne bloki i żelazne szyny (tramwaje) . Archeologia przemysłowa Wysp Brytyjskich. Opat Newtown: David i Charles.