PUTEVI I ŽELJEZNIČKE PRUGE

XIV Predavanje

Donji i gornji stroj željezničkih pruga Sastavni djelovi i njihova funkcija

UNIVERZITET CRNE GORE

GRAĐEVINSKI FAKULTET U PODGORICI

GORNJI STROJ ŽELJEZNICA Predmetni nastavnik

Doc.dr Zdenka Popović,dipl.građ.inž.

PODGORICA, 2007.

1. UVOD

GORNJI STROJ ŽELEZNIČKE PRUGE

Gornji stroj železničke pruge čine: 1. Šine, 2. Kolosečni pribor, 3. Pragovi ili armirano-betonske konstrukcije i 4. Zastor.

U širem smislu gornji stroj podrazumeva i složene kolosečne konstrukcije, kao

što su: 1. Skretnice, 2. Ukrštaji, 3. Dilatacione sprave, 4. Okretnice, 5. Prenosnice, 6. Iskliznice, 7. Kolske vage, 8. Kolosečne kočnice i drugo.

Slajd br. 1

KOLOSEK

Osnovni uslov za realizaciju železničkog saobraćaja je: prilagođenost oblika i konstrukcije točka i puta po kome se kreće železničko vozilo. Put po kome se kreće železničko vozilo zove se KOLOSEK.

Kolosek čine dve šine na standardnom rastojanju oslonjene na sistem poprečnih ili podužnih pragova.

Slajd br. 2

Izgled koloseka sa poprečnim pragovima Izgled koloseka sa podužnim pragovima

Koloseci bez pragova sastoje se od dve šine na standardnom rastojanju, koje su elastično oslonjene na betonsku ploču.

Izgled koloseka bez pragova

ŠIRINA KOLOSEKA

Normalna širina koloseka se meri upravno na osu koloseka između unutrašnjih strana glava šina i to na 14mm ispod gornje površi glave šine. Normalna širina koloseka iznosi 1435mm. DAVNE 1825.GODINE NA PRVOJ PRUZI ZA JAVNI SAOBRAĆAJ OD STOKTONA DO DARLINGTONA, U ENGLESKOJ, PO KOJOJ SU SAOBRAĆALI VOZOVI SA PARNOM VUČPM I KOČIJE SA KONJSKOM ZAPREGOM, PRIMENJENA JE ŠIRINA KOLOSEKA 4 ENGLESKE STOPE I 8 COLA (odnosno 4 fita i 8 inča).. IZ TEHNIČKIH RAZLOGA PRI GRAĐENJU PRUGE OD LIVERPULA DO MANČESTERA ŠIRINA KOLOSEKA JE POVEĆANA ZA JOŠ POLA COLA, ŠTO ODGOVARA DANAŠNJOJ TZV. NORMALNOJ ŠIRINI KOLOSEKA. Širina uzanog koloseka (760mm) meri se u ravni koja se nalazi 10mm ispod ravni oslanjanja. Na nekim tramvajskim prugama (npr. u Beogradu) primenjuje se širina koloseka 1000mm, iako je u Evropi uobičajena širina tramvajskih koloseka takođe 1435mm.

Slajd br. 3

Primer pruge sa tri širine koloseka: 1067mm, 1435mm i 1600mm

PRIMERI PRUGA SA DVE I TRI ŠIRINE KOLOSEKA

Primer tramvajske pruge sa dve širine koloseka: 1000mm i 1435mm.

Slajd br. 4

Osovinski slog Dvoosovinsko obrtno postolje

KOTRLJAJUĆI ELEMENTI VOZILA

Širina koloseka je usklađena sa dimenzijama kotrljajućih elemenata vozila. Osnovni kotrljajući element je osovinski slog. Osovinski slog se sastoji od osovine i dva kruto nasađena točka.

Šema kola sa dva dvoosovinska obrtna postolja

Slajd br. 5

TOČAK

Oblikom i konstrukcijom točak železničkog vozila je prilagođen kotrljanju po glavi šine. Točkovu su monolitni, ili se na diskove montiraju bandaži.

Kotrljajuća površ bandaža točka je konus sa nagibom izvodnice 1:20 ili 1:40.

Prečnici točkova vagona su 950 do 1050mm, a kod lokomotiva 1050 do 1250mm.

Dodir točka i šine (dodirna površina 1.5-2.0cm2)

VENAC BANDAŽ

Slajd br. 6

Izdizanjem spolje šine u krivini postiže se ujednačeno habanje šina po visini i štite se putnici od velikog bočnog ubrzanja. Na dužini kružne krivine izvodi se konstantno nadvišenje, dok na dužini prelazne krivine nadvišenje linearno raste od nule na početku do punog nadvišenja na kraju prelazne, odnosno početku kružne krivine.

PRAVAC KRIVINA

Primenom vozila sa tehnikom naginjanja u krivini rešava se problem manjaka nadvišenja za putničke vozove, odnosno povećava dozvoljena brzina prolaza vozila kroz krivinu.

h=7.1V2/R

IZDIZANJE SPOLJNE ŠINE U KRIVINI

Slajd br. 7

SAVREMENE KONSTRUKCIJE GORNJEG STROJA ODGOVARAJU ZAHTEVIMA SVE VEĆIH BRZINA, SAOBRAĆAJNIH I

OSOVINSKIH OPTEREĆENJA. Porast osovinskog opterećenja kroz vreme

10 12 14 15 19 20 22 22.5

4

(t)

1835

1850 1880 1900 1930 1835 1950 1980

Porast brzina kroz vreme

Putnički vozovi

Teretni vozovi 300

2000

250

200 160 160

120 100

60 75 90

40

(km/h)

25 1860

35

1900

45

100

160

Podaci sa evropskih železnica

Slajd br. 8

1. Dovoljna nosivost, povoljan prenos i raspodela opterećenja,

2. Bezbednost i udobnost za prevoz putnika,

3. Jednostavno prilagođavanje različitim konstrukcijama donjeg stroja,

4. Jednostavna, kvalitetna i brza mehanizovana ugradnja,

5. Dug vek trajanja uz postojanost kvaliteta elemenata i konstrukcije u celini,

6. Jednostavna vertikalna i horizontalna regulacija,

7. Mali troškovi mehanizovanog održavanja u što kraćim zatvorima koloseka i što dužim intervalima između uzastopnih intervencija,

8. Jednostavna zamena šina, pragova i elemenata pričvrsnog pribora,

9. Rešenje amortizacije vibracija i buke u okolinu u skladu sa zakonom definisanim ograničenjima, 10. Efikasno odvodnjavanje,

11. Efikasno uklanjanje snega,

12. Efikasna kontrola vegetacije,

13. Postojanost na dejstvo atmosferilija (otpornost na koroziju, dejstva mraza)

14. Postojanost pri temperaturnim promenama (dnevne i sezonske temperaturne promene, temperaturne promene usled primene savremenih tipova kočnica na vozilima),

15. Mogućnost recikliranja čeličnih elemenata nakon zamene,

16. Prihvatljiva cena.

OPŠTI ZAHTEVI KOJE MORA DA ISPUNI SAVREMENI GORNJI STROJ

Slajd br. 9

ŠEMATSKI PRIKAZ KONSTRUKCIJE GORNJEG I DONJEG STROJA ŽELEZNIČKE PRUGE

sloj za ojačanje i zaštitu planuma

b) Podužni šematski presek kroz kolosek sa poprečnim betonskim pragovima na betonskoj ili asfaltnoj ploči

a) Podužni šematski presek kroz kolosek položen u tucaničkom zastoru

Gornji stroj

Donji stroj nasip

betonski prag

šina 60E1

Gornji stroj

Donji stroj

zastorna prizma od tucanika

nasip

šina (S45, S49, 60E1, ...)

drveni, čelični ili betonski prag

noseći sloj od betona ili asfalta

stabilizacija hidrauličnim vezivom

sloj za ojačanje i zaštitu planuma

Slajd br. 10

Pritisnuta površina planuma

PRINCIP VERTIKALNOG PRENOŠENJA OPTEREĆENJA SA TOČKA KROZ ELEMENTE GORNJEG STROJA NA PLANUM

TOČAK

ŠINA

REBRASTA PODLOŽNA PLOČICA

PRAG

POVRŠINA PLANUMA

ZASTOR

KONTAKTNI NAPON

PRITISAK PODLOŽNE PLOČICE NA BETONSKI PRAG

PRITISAK BETONSKOG PRAGA NA ZASTOR

PRITISAK ZASTORA NA PLANUM

PRITISAK ŠINE NA PODLOŽNU PLOČICU

Slajd br. 11

2. ŠINA

ISTORIJSKI RAZVOJ ŠINE

Kolosek u srednjevekovnom rudniku: drvena šina sa podužnim, centralnim žlebom u kome se kotrlja cilindrični drveni točak primitivnog vagoneta (sistem “Tramroad”), koji gura pomoćni rudarski radnik, po knjizi Johana Hazelberga (Johan Haselberg), iz 1519.

Konstrukcija koloseka od podužnih drvenih greda zakovanih za poprečne drvene pragove, postavljene na rastojanju 60-90cm (transport uglja kod Njukasla 1765. godine)

Izgled prve šine od livenog gvožđa

(Engleska, 13.11.1767.god)

Naredni istorijski događaj od značaja za razvoj železnice desio se 13. novembra 1767. godine sasvim slučajno u Engleskoj (Coalbrookdale) izlivanjem preteče železničke – gvozdene šine . Ovo je događaj koji je na mnogim jezicima definisao današnji termin “železnica” kao “gvozdeni put”. Poseban kuriozitet predstavlja da je do livenja 5-6t šina od gvožđa pojedinačnih dužina 1,52m i širine 11,4cm došlo zato da bi se sprečilo gašenje visokih peći usled trenutne nestabilnosti tržišta livenog gvožđa.

Kameni oslonci

Ugaoni profil šine

Ugaone šine Džona Kara (John Curr) na kamenim osloncima u koloseku sistema “Tramroad” (Engleska krajem XVIII veka)

Kolosek od Džezopovih kratkih šina od livenog gvožđa na kamenim blokovima (Engleska, 1789. god)

Postavljanje Džezopove šine na kamene blokove bilo je odgovarajuće rešenje za tadašnja osovinska opterećenja i ostavljalo je po sredini slobodan put za konje koji su vukli teret. U narednih 30 godina poseban problem predstavlja kako od kratkih šina urediti pravolinijski kolosek. Korak “od jedne milje” u razvoju železnice načinio je Džon Birkenšo (John Birkenchaw), 21.

oktobra 1820. godine, patentiranjem valjanog profila šine pojedinačnih dužina 4,5m. Ove šine su polagane takođe na kamene blokove, čineći kolosek koji je bio spreman za pronalazak lokomotivskog pogona.

Valjana šina Džona Birkenšoa (John Birkenchaw) iz 1820. godine

Izgled savremene šine

(tzv. Vinjolova šina)

Izgled savremene šine sa žlebom

(tzv. tramvajska šina)

Slajd br. 13

ULOGA ŠINE

•Prenosi opterećenje od točka na oslonac (prag, ili betonska ploča),

•obezbeđuje kotrljajuću površinu,

•prima (athezijom) sile kočenja i pokretanja vozila,

•vodi točak u bočnom pravcu,

•prima normalne sile nastale usled temperaturnih promena,

•funkcioniše kao provodnik na elektrificiranim prugama,

•provodi signalne struje.

Slajd br. 14

KARAKTERISTIKE STANDARDNIH TIPOVA VINJOLOVE ŠINE

H- Visina šine

B1 – Širina glave

B2- Širina nožice

S – debljina vrata

NAPOMENA 1:

Nova evropska oznaka za šinu tipa S 49 i UIC 60 je 49 E1, odnosno 60 E1

NAPOMENA 2:

Masa šine se izražava po metru njene dužine

VINJOLOVA ŠINA

OZNAKA MASA

Slajd br. 15

H- Visina šine

B – Širina glave

B1- Širina vozne glave

R – Širina žleba

S – Debljina vrata ŽLEBNA (TRAMVAJSKA)

ŠINA

OZNAKA MASA

PO

METRU

KARAKTERISTIKE STANDARDNIH

TIPOVA TRAMVAJSKE ŠINE

Slajd br. 16

SKRETNIČKE ŠINE: jezičak, puna šina, vođica

JEZIČAK

H- Visina šine

B1 – Širina glave

B2- Širina nožice

S – debljina vrata

OZNAKA MASA PO

METRU

JEZIČAK

1

Slajd br. 17

ŠINA VOĐICA (SKRETNIČKA ŠINA)

OZNAKA MASA PO

METRU

2

PUNA ŠINA (SKRETNIČKA ŠINA)

3

Slajd br. 18

KRANSKA ŠINA

OZNAKA MASA PO

METRU

ŠINA ZA NAPAJANJE

VOZILA ELEKTRIČNOM STRUJOM

Slajd br. 19