VÝHYBKY A ZHLAVÍ ŽELEZNIČNÍ STANICE POMŮCKA PRO CVIČENÍ Z PŘEDMĚTU ŽELEZNIČNÍ STAVBY 2 (ZST2) Kolejiště železniční stanice sestává ze staničních kolejí a ze zhlaví, kde se jednotlivé koleje propojují. Zhlaví je tvořeno výhybkami, kolejovými křižovatkami a přípojnými kolejemi. Konstrukce zhlaví má umožnit jízdu do jednotlivých kolejí požadovanými rychlostmi: do hlavní koleje (která navazuje na traťovou kolej přímo) rychlostí shodnou s rychlostí v trati; do ostatních dopravních kolejí (na něž mohou vlaky z trati vjíždět a z níž mohou vlaky na trať odjíždět) rychlostí 50 až 100 km.h -1, pokud není na regionální dráze traťová rychlost nižší; do manipulačních kolejí (sloužících pro odstavování vozů, jejich nakládku a vykládku) rychlostí 40 km.h -1. 1. Výhybky Výhybka je kolejové zařízení umožňující přechod vozidel z jedné koleje na druhou bez přerušení jízdy. Popis základních částí jednoduché výhybky je patrný z obr. 1. Obr. 1 Jednoduchá výhybka v základním tvaru Výhybky a výhybkové konstrukce lze rozdělit podle mnoha kritérií, základním je druh konstrukce: výhybky - jednoduché = v základním tvaru výhybky s jednou větví přímou a druhou v oblouku (zcela nebo zčásti) = obloukové jednostranné obě větve výhybky v obloucích stejného směru (zcela nebo zčásti), vznikají transformací z výhybek v základním tvaru oboustranné obě větve výhybky v obloucích opačných směrů (zcela nebo zčásti), vnikají transformací z výhybek v základním tvaru = oboustranné (stupňové) obě větve výhybky v obloucích, nově se nepoužívají = symetrické typizované výhybky pro spádoviště seřazovacích stanic s oběma větvemi v obloucích stejného poloměru opačných směrů - dvojité (stupňové) výhybky s jednou větví přímou a dvěma větvemi v obloucích opačných směrů, nově se nepoužívají - křižovatkové = celé kolejová křižovatka doplněná o oba odbočné směry = poloviční kolejová křižovatka doplněná o jeden z odbočných směrů výhybkové konstrukce - kolejové křižovatky u typizovaných konstrukcí obě větve přímé - dvojité kolejové spojky kombinace čtyř výhybek a kolejové křižovatky, u nichž je vzájemně provázán kolejový rošt (kolejnice, pražce, přídržnice) - dilatační zařízení konstrukce oddělující dilatující kolejnice u mostních objektů - atypické konstrukce další konstrukce neodpovídající žádnému výše uvedenému druhu Obr. 2 Schémata jednoduché výhybky v základním tvaru (a), obloukové výhybky oboustranné (b), obloukové výhybky jednostranné (c), křižovatkové výhybky poloviční (d), křižovatkové výhybky celé (e), kolejové křižovatky (f) a dvojité kolejové spojky (g)
Výhybky se dále liší svou soustavou železničního svršku, rozměry a dalšími vlastnostmi. Základní parametry výhybky jsou patrné z jejího zkráceného označení: Obl-o 49 1:9-300(500/751,380) - P, d J 60 1:12-500 - I, L, b Druh konstrukce, např. J = jednoduchá výhybka v základním tvaru, Obl-o = oblouková výhybka oboustranná, Obl-j = oblouková výhybka jednostranná, C = křižovatková výhybka celá, B = křižovatková výhybka poloviční, K = kolejová křižovatka Soustava železničního svršku, např. 49 = kolejnice tvaru S 49 ve výhybce 2. generace, 60 = kolejnice tvaru UIC 60 Úhel odbočení, vyjádřený jeho tangentou (poměrem 1:n), u výhybek starších konstrukcí ve stupních Poloměr oblouku. U obloukových výhybek se uvede před závorkou poloměr jednoduché výhybky v základním tvaru, z niž byla výhybka transformací získána, a v závorce pak poloměry obou větví výhybky Typ výhybky, pokud má výhybka více typů Směr odbočení, L = levá, P = pravá výhybka. Vztahuje se k pohledu od výměny k srdcovce, u obloukových výhybek oboustranných rozhoduje oblouk menšího poloměru Druh pražců, d = dřevěné, b = betonové, oc = ocelové Součástí schématu výhybky je terčík. Tento terčík je kruhový, a to dělený svisle u jednoduchých výhybek (vybarvena levá polovina u levých výhybek, pravá polovina u pravých výhybek) a vodorovně u obloukových výhybek (vybarvená horní polovina u levých výhybek, dolní polovina u pravých výhybek, bez vybarvení u výhybek obloukových oboustranných se shodnými poloměry a symetrických); nebo obdélníkový u křižovatkových výhybek celých. S ohledem na hospodárnost výroby i údržby jsou výhybky vyráběny v typizovaných rozměrech. Tyto rozměry jsou stanoveny pro výhybky jednoduché v základním tvaru (tab. 1), křižovatkové výhybky (tab. 2) a kolejové křižovatky (tab. 3). Výhybky s menším úhlem odbočení umožňují vyšší rychlost jízdy odbočnou větví výhybky, ale jsou delší a dražší. Výhybky, jejichž koncový styk (styk u srdcovky) nelze svařit, se běžně nepoužívají. Výhybky obloukové jednostranné i oboustranné se odvozují z výhybek jednoduchých v základním tvaru tzv. transformací. Tab. 1 Jednoduché výhybky v základním tvaru soustav UIC 60 a S 49 ( 2. generace ) Druh kce Zjednodušené označení výhybky Úhel Délka Délka přímé Soustava Úhel Poloměr Typ odbočení tečny v srdcovkové želez. odbočení oblouku α t části d svršku [tg α] r [m] [ ] [m] [m] J 49 a 60 1:7,5-190 - I 7,594643 12,611 3,398 přímou délky d lze nahradit obloukem J 49 a 60 1:9-190 6,340192 10,523 6,092 přímá srdcovka J 49 a 60 1:9-300 6,340192 16,615 - J 49 a 60 1:11-300 5,194429 13,608 6,391 přímá srdcovka J 49 a 60 1:12-500 4,763642 20,797 - koncový styk výhybky nelze svařit J 49 a 60 1:12-500 - I 4,763642 20,797 1,200 přímou délky d lze nahradit obloukem J 60 1:12-500 - PHS 4,763642 20,797 4,197 s pohyblivým hrotem srdcovky, přímou délky d lze nahradit obloukem J 49 a 60 1:14-760 4,085617 27,108 - J 49 a 60 1:14-760 - I 3,839114 25,471 3,271 upravený úhel, není roven tg(1:14) J 49 a 60 1:18,5-1200 3,094058 32,409 - koncový styk výhybky nelze svařit J 49 a 60 1:18,5-1200 - I 3,094058 32,409 1,200 přímou délky d lze nahradit obloukem J 49 a 60 1:18,5-1200 - II 3,057531 32,026 1,966 upravený úhel, není roven tg(1:18,5) J 60 1:26,5-2500 - PHS 2,161079 47,153 - s pohyblivým hrotem srdcovky Křižovatkové výhybky jsou složitější, tedy dražší a nákladnější na údržbu. Navrhují se jen v nezbytných případech se souhlasem vlastníka dopravní cesty. Rychlost přes křižovatkové výhybky a křižovatky v přímém směru je omezena na 100 km.h -1, u křižovatek s úhlem křížení menším než 1:7,5 na 50 km.h -1. Křižovatkové výhybky ani kolejové křižovatky se netransformují na obloukové.
Tab. 2 Křižovatkové výhybky celé i poloviční soustav UIC 60 a S 49 ( 2. generace ) Druh kce Zjednodušené označení výhybky Úhel Délka Délka přímé Soustava Úhel Poloměr Typ křížení a tečny v srdcovkové želez. odbočení oblouku r odbočení α t části d svršku [tg α] [m] [ ] [m] [m] C, B 49 1:9-190 6,340192 10,523 6,092 přímá srdcovka C, B 49 a 60 1:11-300 5,194429 13,608 6,391 přímá srdcovka Tab. 3 Kolejové křižovatky soustav R 65 a S 49 ( 1. generace ) v soustavách UIC 60 a S 49 2. generace se dosud nevyrábějí Zjednodušené označení výhybky Úhel Délka mezi bodem Druh Soustava Úhel křížení křížení α křížení a koncovými kce železničního svršku [tg α] [ ] styky d [m] K S 49 1:4,5 12,528808 8,968 K S 49 a R 65 1:5,5 10,304846 11,028 K S 49 1:7,5 7,594643 12,944 K S 49 1:9 6,340192 16,615 K S 49 1:11 5,194429 20,000 Při transformaci výhybky jednoduché v základním tvaru na výhybku obloukovou je třeba dodržet následující zásady: transformací se nemění úhel odbočení α; při transformaci se nemění délka tečen oblouku t; pokud má výhybka v srdcovkové části přímou d z důvodu přímé srdcovky (výhybky 1:9-190 a 1:11-300), zůstane tato část v obou větvích výhybky přímá i po transformaci; pokud má výhybka v srdcovkové části přímou d z důvodu umožnění svaření výhybky (výhybky 1:7,5-190-I, 1:12-500-I, 1:12-500-PHS a 1:18,5-1200-I), může být tato přímá část v jedné nebo obou větvích výhybky nahrazena oblouky libovolného poloměru; pokud má výhybka v srdcovkové části přímou d z důvodu upraveného úhlu odbočení (výhybky 1:14-760-I a 1:18,5 1200-II), může být tato přímá část v obou větvích výhybky nahrazena oblouky zhruba shodného poloměru v obou větvích. Transformace výhybky je jednoznačně určena stanovením jednoho z poloměrů obloukové výhybky nebo jednoho z vrcholových úhlů obloukové výhybky, zbylé parametry lze odvodit: pro výhybky obloukové oboustranné t = r. tg (α / 2), α = α 1 + α 2, r 1 = t / tg (α 1 / 2) nebo r 1 = (r. r 2 + t 2 ) / (r 2 r), r 2 = t / tg (α 2 / 2) nebo r 2 = (r. r 1 + t 2 ) / (r 1 r), α 1, 2 = 2. arctg (t / r 1, 2 ) pro výhybky obloukové jednostranné t = r. tg (α / 2), α 1 = α 2 + α, r 1 = t / tg (α 1 / 2) nebo r 1 = (r. r 2 + t 2 ) / (r r 2 ), r 2 = t / tg (α 2 / 2) nebo r 2 = (r. r 1 t 2 ) / (r 1 + r), α 1, 2 = 2. arctg (t / r 1, 2 ), kde t je délka tečny kružnicového oblouku výhybky v základním tvaru (podle tab. 1) [m], r - poloměr oblouku výhybky v základním tvaru [m], r 1, 2 - poloměry oblouků obloukové výhybky (u jednostranné vzorce platí pro r 1 < r 2 ) [m], α - úhel odbočení výhybky v základním tvaru [ ], α 1, 2 - vrcholové úhly větví obloukové výhybky [ ]. Obr. 3 Schéma transformace výhybky jednoduché (a) na obloukovou oboustrannou (b) a jednostrannou (c) ZV=začátek výhybky (výměnový styk), KV=konec výhybky (koncový styk), BO=bod odbočení, KOv=konec oblouku ve výhybce Dvojité kolejové spojky se konstruují z výhybek tvarů 1:11-300 nebo 1:9-190 (tedy s přímou srdcovkou) a s kolejovou křižovatkou s dvojnásobným úhlem křížení (1:5,5 nebo 1:4,5) pro osové vzdálenosti kolejí 4,75 m a 5,00 m. Výhybky mohou být i transformované na obloukové nebo nahrazené křižovatkovými výhybkami. Dvojité kolejové spojky umožňují v přímém směru (nevedoucím přes kolejovou křižovatku) rychlost nejvýše 120 km.h -1, pokud není případným použitím obloukových výhybek nebo křižovatkové výhybky omezena rychlost ještě více. Pokud je to možné, je vhodnější nahradit je dvojicí jednoduchých kolejových spojek.
2. Směrové poměry ve zhlaví Zhlaví železničních stanic se přednostně navrhují v přímých úsecích traťových (resp. hlavních) kolejí. V takovém případě je celé zhlaví stanice bez převýšení. Požadavky na parametry hlavních kolejí ve stanici jsou obdobné, jako u traťových kolejí. Návrh zhlaví v převýšení je náplní jiných předmětů. Oblouky ve výhybkách a v navazujících částech kolejí se zřizují bez přechodnic. Poloměr oblouku ve zhlaví (ve výhybce i mimo ni) směřujícího do jiné koleje než hlavní je dán rychlostí v dané koleji: r 0,118. V 2 [m], kde r je poloměr oblouku [m], V - rychlost v dané staniční koleji [km.h -1 ]. Délka kružnicového oblouku d 0 bez převýšení a bez přechodnic ve výhybce i mimo ni je předepsána takto: pokud je rychlost V vyšší než 60 km.h -1, musí být d 0 0,25. V [m]; pokud je rychlost V vyšší než 40 km.h -1 a nejvýše rovna 60 km.h -1, musí být d 0 15 m; pokud je rychlost V nejvýše rovna 40 km.h -1 a nejedná se o hlavní kolej, musí být d 0 10 m, ve stísněných poměrech 6 m. Požadavky na minimální délku mezipřímé c mezi dvěma oblouky ve zhlaví mimo hlavní kolej vyplývají nejen z omezení náhlých změn křivosti, ale především u malých poloměrů souvisejí s rizikem zaklesnutí nárazníků nebo vytlačení vozidla z oblouku: oblouky stejného směru ve zhlaví mimo hlavní kolej se mohou přímo stýkat, je však třeba splnit podmínku: r x = r 1. r 2 / r 1 - r 2 0,118. V 2, kde r 1, r 2 jsou poloměry přilehlých směrových oblouků [m], r x - náhradní poloměr [m], V - rychlost [km.h -1 ]. pokud je mezi oblouky stejného směru neležícími ve výhybkách mezipřímá, musí mít délku c = 0,25. V [m]; pokud je mezi oblouky stejného směru ve výhybkách mezipřímá, musí být délka této mezipřímé c 6 m pro V 60 km.h -1 a c 0,15. V [m] pro V > 60 km.h -1 ; oblouky protisměrné ve zhlaví mimo hlavní kolej se mohou přímo stýkat, je však třeba splnit podmínku: r x = r 1. r 2 / (r 1 + r 2 ) 0,118. V 2. Pro rychlost menší než 40 km.h -1 je třeba dále prověřit, zda není nutno vložit mezipřímou podle tab. 4; pokud je mezi protisměrnými oblouky mezipřímá, musí být její délka pro rychlost V > 50 km.h -1 alespoň c 0,25. V [m], pro rychlost vyšší než 40 km.h -1 a nepřesahující 50 km.h -1 alespoň c 6 m; pokud je mezi protisměrnými oblouky mezipřímá pro rychlost nepřesahující 40 km.h -1, musí být délka této mezipřímé dodržena podle tab. 4. Tab. 4 Nejmenší délky přímé c [m] mezi oblouky opačných směrů pro rychlost V 40 km.h -1 pro koleje, kde jezdí vlaky s osobami pro koleje, kde nejezdí vlaky s osobami r 1 /r 2 190 200 220 230 250 280 300 325 350 400 450 500 600 700 190 200 220 230 250 280 300 325 350 400 190 8,0 7,5 6,5 6,3 6,0 5,4 4,5 8,0 7,5 6,5 6,3 6,0 5,4 4,5 4,0 3,0 200 7,5 6,7 6,2 6,0 5,3 7,5 6,5 6,2 6,0 5,3 4,0 3,0 220 6,5 6,2 6,0 5,3 6,5 6,2 6,0 5,3 4,0 3,0 230 6,3 6,0 5,3 6,3 6,0 5,3 4,0 3,0 250 6,0 5,3 6,0 5,3 4,0 3,0 280 5,4 4,0 5,4 4,0 3,0 0,0 300 4,5 4,5 3,0 325 4,0 350 3,0 400 450 0,0 500 600 700 Mezilehlé hodnoty se lineárně interpolují. Vychází-li přímá 0 < c < 4 m, navrhuje se v délce 4 m. Mezilehlé hodnoty se lineárně interpolují. Vycházíli přímá 0 < c < 3 m, navrhuje se v délce 3 m.
Pokud mezipřímá navazuje na srdcovkovou část výhybky s přímou v odbočné větvi výhybky (délka d podle tab. 1 a 2), započítá se tato délka d do potřebné délky mezipřímé c. 3. Námezníky Námezník označuje místo mezi sbíhajícími se kolejemi před výhybkou nebo křižovatkou, ke kterému až může být obsazena kolej, aniž by byl omezován pohyb železničních vozidel po sousední koleji z hlediska kolize jejich průjezdných průřezů. Námezník se umísťuje do místa, v němž je osová vzdálenost: b = 3750 + 36000/r 1 + 36000/r 2, kde b je vzdálenost středů kolejí pro usazení námezníku [mm], r 1, 2 - poloměry oblouků sbíhajících se kolejí [m]. Druhý a třetí sčítanec se přitom projeví nejen ve vlastním oblouku, ale i v přilehlé přímé. Na vnitřní straně oblouku se velikost přirážky lineárně snižuje v délce 20 m před začátek oblouku (za konce oblouku) na nulu. Na vnější straně oblouku je velikost přirážky nezměněná 5 m před začátkem oblouku (za koncem oblouku) a pak klesá lineárně v délce 15 m na nulu. Hodnota b se zaokrouhlí na celých 5 mm. Námezník v kolejišti je tvořen příčným černobílým trámcem položeným v kolejovém loži mezi kolejemi. Ve výkrese se značí dvojicí rovnoběžných čar kolmých na osy kolejí; popisuje se u něj potřebná osová vzdálenost a vzdálenost námezníku od výměnového styku příslušné výhybky (středu křižovatky nebo křižovatkové výhybky). 4. Příklad konstrukce zhlaví Navrhněte zhlaví železniční stanice na jednokolejné trati, kde se do hlavní koleje zapojují dvě další staniční koleje. Osové vzdálenosti mezi kolejemi jsou 5,00 m, rychlost v 3. koleji je 80 km.h -1 a v 5. koleji je 40 km.h -1. Výhybky volte co nejúspornější, výhybku č. 2 navrhněte transformovanou obloukovou oboustrannou tak, aby zhlaví bylo co nejkratší. Vypracujte: - situaci zhlaví včetně staničení výhybek, vyznačení námezníků a výpočtu transformace výhybky Pro napojení 3. koleje při rychlosti 80 km.h -1 musí být dodržen poloměr r 0,118. V 2 = 0,118. 80 2 = 756 m a délka mezipřímé c 0,250. V = 0,250. 80 = 20 m. Výhybka č. 1 proto musí být tvaru J 1:14-760, přičemž výhybka základního typu neumožní dosažení potřebné délky mezipřímé c, je tedy nutno použít výhybku J 1:14-760-I. Protisměrný oblouk do 3. koleje může být s ohledem na délku mezipřímé c v rozmezí 756 až 871 m. Pro napojení 5. koleje při rychlosti 40 km.h -1 musí být dodržen poloměr r 0,118. V 2 = 0,118. 40 2 = 190 m a délka mezipřímé c podle tab. 4. Výhybka č. 2 proto musí být vybrána a transformována tak, aby její poloměr do 3. koleje byl alespoň r 1 756 m a do 5. koleje alespoň r 2 190 m. Pokud si zvolím výhybku 1:7,5-190-I a poloměr r 1 = 870 m, vyjdou ostatní parametry transformované výhybky α 1 = 1,660917, α 2 = 5,933727, r 2 = 243,322 m. Bude-li protisměrný oblouk v 5. koleji mít poloměr 190 m, vyjde délka mezipřímé 7,129 m, což je podle tab. 4 dostatečné. Pokud by nebylo možné nalézt takovou transformaci výhybky č. 2 zvoleného tvaru, aby byly dodrženy potřebné délky mezipřímých a poloměrů oblouků, bylo by třeba použít výhybku č. 2 s menším úhlem odbočení. Obr. 4 Situace zhlaví v měřítku 1:750 Literatura: ČSN 73 6360-1 Konstrukční a geometrické uspořádání koleje železničních drah a její prostorová poloha Předpis SŽDC (ČD) S3 Železniční svršek, platný od 1. 1. 2003 Vyhotovil: Karel A. Fridrich, 4. 11. 2007