VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ OTTO PLÁŠEK, PAVEL ZVĚŘINA, RICHARD SVOBODA, VOJTĚCH LANGER ŽELEZNIČNÍ STAVBY II MODUL 4 ZÁKLADNÍ SOUČÁSTI ŽELEZNIČNÍHO SVRŠKU STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Otto Plášek, Pavel Zvěřina, Richard Svoboda, Vojtěch Langer, Brno 2006-2 (43) -
Obsah OBSAH Úvod...5 Cíle 5 Požadované znalosti...5 Doba potřebná ke studiu...5 Klíčová slova...5 6 Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic...7 6.1 Příčné pražce...7 6.1.1 Dřevěné pražce...8 6.1.2 Betonové pražce...12 6.1.3 Ocelové pražce...17 6.1.4 Rozdělení pražců...19 6.2 Kolejové lože...22 6.2.1 Namáhání kolejového lože...23 6.2.2 Tloušťka a profil kolejového lože...23 6.2.3 Materiál kolejového lože...24 6.3 Upevnění kolejnic na pražci...27 6.3.1 Vrtule...27 6.3.2 Hmoždinky...29 6.3.3 Podkladnice...30 6.3.4 Svěrky...32 6.3.5 Ostatní součásti...35 6.3.6 Přehled sestav železničního svršku...36 Závěr...43 Shrnutí...43 Studijní prameny...43 Seznam použité literatury...43 Seznam doplňkové studijní literatury...43 Odkazy na další studijní zdroje a prameny...43-3 (43) -
Úvod Úvod Cíle V tomto modulu prostudujete další součásti železničního svršku: příčné pražce, kolejové lože, upevňovadla a drobné kolejivo. Modul není zaměřen na teoretické výpočty a má zcela popisný charakter. Požadované znalosti Studium této kapitoly vyžaduje znalost základních pojmů a dělení železničních staveb, dále základní terminologie a pojmů z oblasti konstrukčního a geometrického uspořádání koleje železničních drah a její prostorové polohy. Žádné další speciální znalosti nejsou vyžadovány. Doba potřebná ke studiu Studium modulu si rozdělte na dva bloky: Příčné pražce Kolejové lože, drobné kolejivo a upevňovadla Ani jeden z bloků nevyžaduje zvláštní procvičování. Předloženou látku je však nutné pečlivě prostudovat do detailů, veškeré nejasnosti je nutné konzultovat s učitelem. Doporučujeme navštívit laboratoř Ústavu železničních konstrukcí a staveb a prostudovat vystavené součásti železničního svršku. Odhadujeme, že studiem tohoto bloku strávíte přibližně 6 hodin. Klíčová slova pražce, drobné kolejivo, upevňovadla, kolejové lože - 5 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 6 Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 6.1 Příčné pražce Pražce spolu s kolejnicemi vytvářejí kolejový rošt. Ten zajišťuje rozchod koleje a roznášení pohyblivého zatížení do pražcového podloží. Pražce přejímají jak svislé, tak vodorovné příčné a podélné zatížení. Nejrozšířenějším typem pražců jsou pražce příčné. V ojedinělých případech se na speciálních konstrukcích používají pražce podélné (např. prohlížecí jámy), nebo ojedinělé podpory (remízy, desinfekční koleje). Další funkcí příčných pražců je dostatečné elektrické oddělení obou kolejnicových pásů. Podle materiálu se dělí pražce na: dřevěné, betonové, ocelové, ostatní materiály. úložné plochy hrany výška oříznutí (v) čelo tloušťka (h) ložná plocha délka (l) boky šířka (b) Obr. 1 Příčný pražec názvy základních částí Horní plocha pražce se nazývá úložná, spodní plocha pražce ložná. Konce pražců vně kolejnic se označují jako hlavy pražců, koncové plochy jako čela. Při správném podbití, přenáší příčný pražec svislé zatížení na ložné ploše v oblastech pod kolejnicemi. U běžných dřevěných a betonových monoblokových pražců se podbíjí pouze tyto oblasti, střední část pražce se ponechává bez podbíjení. U dvoublokových pražců vyplývá podepření pražce z principu jejich konstrukce. Dosažení správného podepření pražců při opakovaném zatížení je obtížné. Vzhledem k cyklickému zatlačování hlav pražců má většina pražců tendenci k přesunutí podepírané oblasti ke svému středu. - 7 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Správně podepřené pražce Nesprávně podepřené pražce Obr. 2 Podepření pražců Pražce se nesmí naklápět ani jinak měnit svoji polohu v kolejovém loži. K takovému chování jsou náchylné pražce, které jsou podepřeny příliš blízko ke středu, nebo naopak na příliš malé ploše u hlav. Takové podepření bývá důsledkem nesprávného nebo nedostatečného podbíjení nebo nedostatečně únosného a nehomogenního pražcového podloží. Změna polohy pražce je provázena nežádoucí změnou převýšení a rozchodu koleje. Velmi důležitou funkcí, kterou plní příčný pražec, je zajištění příčného odporu. Příčné pražce musí být za hlavami správně zaštěrkovány a nesmí se vytvářet volné prostory mezi čely pražců a kolejovým ložem (např. jako důsledek příčného pohybu pražce v oblouku od radiálních sil daných teplotními změnami). Vzdálenost pražců je charakterizována rozdělením pražců. Typ pražce se volí podle charakteru železniční trati, účelu koleje a podle přepočteného provozního zatížení. V současné době u nově vkládaných kolejí převládají betonové pražce. 6.1.1 Dřevěné pražce V minulosti byly nejrozšířenějším typem příčných pražců dřevěné pražce. Velmi dobře splňují následující požadavky: snadná výroba, dostatečná pružnost a pevnost, dobré tlumící schopnosti, dostatečně velká dosedací plocha na pražec, přiměřené pořizovací a udržovací náklady, snadné zřízení změny rozchodu koleje, snadné přizpůsobení délky pražce v kolejových rozvětveních, dostatečná životnost. - 8 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic a) b) 160 180 150 150 260 c) 160 d) 260 180 260 190 150 e) f) 150 260 150 150 260 260 Obr. 3 Příčné řezy dřevěných pražců a) b) tvar A; c) d) tvar B; e) f) výhybkové pražce S rostoucími požadavky na růst nápravových hmotností a se zavedením bezstykové koleje se projevují zejména tyto nedostatky: nedostatek kvalitního tvrdého dřeva, omezená životnost upevnění kolejnice, nutnost použití podkladnicového upevnění s množstvím prvků, nižší příčný a podélný odpor proti posunutí v kolejovém loži. Dřevěné pražce se používají v kolejích, kde není vhodné zvyšovat hmotnost kolejových polí, v kolejích s očekávanými nepravidelnými poklesy nivelety koleje v důsledku poddolování, v zarážkových obvodech pod spádovišti, kde je větší riziko vykolejení, ve výbězích pojistných úhelníků na mostních konstrukcích, v kolejích s přídržnou nebo ochrannou kolejnicí a v některých případech u dilatačních zařízení. Dřevěné pražce se použijí i v kolejích, kde nelze zřídit na betonových pražcích projektované rozšíření rozchodu. Použijí se také u přípojných polí za kolejovými konstrukcemi (výhybkami, křižovatkami apod.) na dřevěných pražcích. Dřevěné pražce se užívají hraněné (tvar A) i povalové (tvar B), s centrickou (3A, 3B) i excentrickou (1A, 2A, 1B, 2B) úložnou plochou. Dřevěné pražce se pro rozchod 1435 mm vyrábějí délky 2,6 m, výhybkové pražce se vyrábějí délky 2,0 až 6,0 m. Šířka ložné plochy 260 mm a výška pražce 150 mm. Rozměry pražců jsou dány ČSN EN 13145. Podle rozměrových odchylek a výrobních vad dřeva se udává jakost pražce. Zakřivení se připouští 80 mm. - 9 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Pražce se vyrábějí strojním řezáním. Pražce jsou řezány ve směru dřevních vláken. Je důležité, aby ložná a úložná plocha pražce byly planparalelní, obzvlášť je to důležité pro dosedací plochy pro obě kolejnice. Čela pražců, která vysycháním dřeviny praskají, se zajišťují. Nejčastějším způsobem zajištění v současné době je použití hřebových plechů o rozměrech 210 x 200 mm. Hřebové plechy působí proti tvorbě trhlin silou až 90 kn. V minulosti se používaly ocelové svěrky různého tvaru, páskování, dřevěné šrouby (zejména u bukových pražců) a protištěpné spony. K výrobě pražců se pro potřeby ČD používá dřevo měkké (borovice, modřín) a tvrdé (buk, dub, cedrový dub). K výrobě pražců se používají i jiné dřeviny, domácí v dané lokalitě, např. teak, cedr, kaštan, quebracho, bongossi, jarrah, keruing. Zejména u měkkých dřevin je důležité roznášení svislého zatížení pomocí ocelových podkladnic. Kontaktní namáhání se snižuje, protože se roznáší na větší plochu. Přesto při opakovaném namáhání dochází k zatlačování podkladnic do dřevní hmoty provázené vznikem nedokonalého kontaktu mezi pražcem a podkladnicí. To vede k pronikání vlhkosti pod podkladnici a k rychlému snížení držebnosti upevňovadel. Úložné plochy pražců je možné regenerovat pomocí speciálních syntetických materiálů a prodloužit tak životnost pražce. K výrobě pražců se používá pouze zdravé dřevo, které nejeví známky zapaření, hniloby, napadení hmyzem apod. Dřevo se má kácet v období vegetačního klidu, tj. na podzim a v zimě, kdy je bez mízy. Pokud se dřevo kácí na jaře a v létě, je nutné zajistit jeho co nejrychlejší impregnaci. Dubové, borové a modřínové dřevo se skládá z jádra a běle, u bukového dřeva není jádro patrné. Pražce vyrobené z jádrového dřeva jsou odolnější proti vlhku a hnilobě. Nejvhodnější dřevinou pro výrobu pražců je dub. Dubové pražce jsou pro obsah přirozených látek odolné proti účinkům provozu a hnilobě dokonce i bez impregnace. Bukové dřevo se tvrdostí vyrovná dřevu dubovému, ale bez impregnace rychle podléhá zkáze. Bukové dřevo při vysychání praská a bortí se. Řezáním dřeviny začíná výroba pražce. Nejdelším technologickým výrobním krokem je sušení dřeva (9 měsíců), při kterém dojde ke snížení vlhkosti dřeva na 20 25 %. U suchých pražců se upravují úložné plochy frézováním, vrtají se otvory pro upevnění kolejnic a pražce se na čelech opatřují hřebovými plechy. Velmi důležitým výrobním krokem je impregnace pražců, kterou se vytváří ochrana dřeva proti biologickým vlivům, zejména proti hmyzu a hnilobě dřevokaznými houbami. Impregnační látka má být jedovatá pro mikroorganismy a živočišné škůdce, nemá se vyluhovat dešťovou vodou a vypařovat se. Nemá měnit chemické a fyzikální vlastnosti. K impregnaci se používá kreozotový olej, kterým se pražce impregnují v impregnačních kotlích. Při impregnaci pražců se kontroluje příjem impregnačního oleje a předepsaná hloubka impregnace (kontroluje se vrtáním otvorů). Způsob impregnace se volí podle druhu dřeva a vlhkosti pražce. Používají se tyto impregnační postupy: - 10 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic dvoustupňový způsob (vlhkost bukového dřeva nad 50 %, teplota olejové lázně 120 až 140 C, trojnásobné zvyšování tlaku 750 až 950 kpa) dvojitý Rüppingův způsob (vlhkost bukového dřeva do 30 %, teplota oleje 85 až 130 C, dvojí zvýšení tlaku oleje na 900 kpa modifikovaný způsob (vlhkost dubového dřeva do 30 %, teplota oleje 90 až 130 C, stupňovité zvyšování tlaku oleje až na hodnotu 900 kpa čtyřcyklický způsob (vlhkost dubového dřeva nad 30 %). Hotové pražce se označují hřeby, které se zaráží do středu úložné plochy pražců. Druh dřeva se odlišuje tvarem hřebu: kruh - dub, šestiúhelník - buk, čtverec - borovice, trojúhelník - modřín. Na hlavě hřebu je dále vyražen způsob impregnace: J jednoduchý Rüpingův způsob, D dvojitý, S čtyřcyklický, 2P dvoustupňový způsob. Dvojčíslí vyjadřuje rok impregnace, dále je vyražen symbol provozu, kde byl pražec impregnován (SB Sublima Březnice, SO Soběslav). A B C A B C A B C A B C akát dub buk habr borovice modřín tropické dřevo Obr. 4 Tvary hlav ocelových hřebů podle použitého dřeva; kde A způsob impregnace; B poslední dvojčíslí roku impregnace; C symbol impregnačního závodu Životnost dřevěných pražců závisí na druhu dřeva a účinnosti impregnace. Ovlivňují ji provozní zatížení, rychlost jízdy vlaků a hmotnost na nápravu. Životnost dřevěných pražců je také dána konstrukčním a geometrickým uspořádáním koleje a celkovým udržovacím stavem konstrukce železničního svršku a spodku, zejména kolejového lože, pražcového podloží a odvodnění. Životnost pražců z měkkých dřevin je 15 20 let, bukových pražců 25 40 let, dubových 20 60 let. - 11 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 6.1.2 Betonové pražce Betonové pražce z předpjatého betonu jsou v současné době nejrozšířenějším typem pražců. Rozvoj výroby betonových pražců nastal po druhé světové válce zejména z důvodu nedostatku dřeva, se zaváděním bezstykové koleje a s rozvojem betonářských technologií a předpínaných konstrukcí. Pražce z předpjatého betonu se pro ČD dimenzují na namáhání normovými ohybovými momenty v průřezu pod kolejnicí +12,0 kn.m a ve středu pražce 9,5 kn.m. Výhodami betonových pražců jsou: vysoká hmotnost (200 300 kg), která je důležitá pro stabilitu bezstykové koleje, dlouhá životnost podmíněná dobrou držebností upevňovadel, případně je možná snadná regenerace, velká variabilita konstrukce a návrhu, poměrně jednoduchá výroba. Nevýhodami betonových pražců jsou: nižší pružnost v porovnání s dřevěnými pražci, v případě nekvalitního kolejového lože může docházet k tzv. pumpování pražce, ve zvýšené míře přenáší vibrace způsobené nepravidelnostmi jízdní dráhy a nekvalitními svary, nebezpečí poškození nárazem (vykolejení vozidla, poškození podbíjecími pěchy), dynamické zatížení a namáhání kolejového lože je vyšší asi o 25 %. Betonové pražce tvoří dvě základní kategorie: pražce monoblokové a dvoublokové, u nichž jsou bloky spojeny tyčí z jiného materiálu. V současné době se u ČD nově používají výhradně monoblokové pražce. Betonové pražce se podle způsobu vyztužení dělí na pražce ze železového betonu a z předpjatého betonu. Podle tvaru jsou betonové pražce monolitické, článkové a blokové. Podle způsobu předpínání se dělí na pražce s výztuží dodatečně předpínanou a předem předpjatou. Výztuž mohou tvořit ocelové struny kotvené soudržností, ocelové struny kotvené vnitřními kotvami nebo kabely kotvené vnějšími kotvami. Pro upevnění kolejnice se pražce opatřují dřevěnými nebo nověji polyamidovými vložkami. Betonové pražce se užívají u ČD od roku 1950. Dlouholetým vývojem se dnes na tratích ČD nachází mnoho typů pražců. Hromadně se u ČD používaly a vyráběly tyto typy pražců (seřazeno podle data uvedení do výroby): DZP 1-T 5... (nebo PAB 2a) monolitický pražec ze železového betonu, rozponové podkladnice T 7, T 5, délka pražce 2450 mm - 12 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic SB 2...tříčlánkový pražec (dva krajní betonové bloky a střední trámec), dodatečně předpínaný 10 4,5 mm, rozponové podkladnice T 7, T 5, dl. 2300 mm 212 160 800 700 800 250 281,5 212 1313 212 281,5 250 90 70 170 10 2300 Obr. 5- Tříčlánkový pražec SB 2 RS...dvoublokový pražec, železobetonové bloky spojené ocelovou tyčí profilu Y, podkladnice rozponové T 5, TR 5, dl. 2300 mm 281,5 212 1313 212 281,5 220 1900 2300 220 270 210 270 750 800 700 800 Obr. 6 Dvoublokový pražec RS DOSTA T 5...dodatečně předpínaný pražec, výztuž ze dvou kabelů ze sedmi nebo devíti drátů 4,5 mm, rozponové podkladnice T 7, T 5, dl. 2300 mm DOSTA T 8...dodatečně předpínaný pražec, výztuž ze dvou kabelů ze sedmi nebo devíti drátů 4,5 mm, podkladnice žebrová ŽT nebo rozponová T 8, dl. 2300 mm SB 3, SB 4...monolitický strunobetonový pražec (30 dvojic 2,5 mm nebo 21 dvojic 3,0 mm, podkladnice žebrová ŽT a rozponová T 8, dl. 2420 mm - 13 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 VÚS-62... předem předpjatá výztuž na kotevních blocích, podkladnice žebrová ŽT nebo rozponová T 8, dl. 2360 mm PB 2... monolitický pražec z předpjatého betonu, vyztužený 12 6,0 mm, pražec trpěl vážnými vadami, žebrové podkladnice S 4pl a R 4pl, dl. 2400 mm PB 3... monolitický pražec z předpjatého betonu, vyztužený 10 6,0 mm, pražec je modifikací pražce PB 2, žebrové podkladnice S 4pl a R 4pl, dl. 2400 mm V současné době vyráběné typy pražců pro ČD jsou: SB 5... monolitický pražec z předpjatého betonu vyztužený 40 3,0 mm, dřevěné a později polyamidové vložky (SB 5P), rozponové podkladnice T 5, TR 5, dl. 2420 mm 240 341,5 212 A 850 100 A 1940 1313 B B 20 135 212 240 341,5 15 200 155 15 ŘEZ A - A 230 280 91 200 TYP PRAŽCE SB 5P O 98 3 47-01 2420 MÍSTO A ROK VÝROBY ČÍSLO FORMY A PRAŽCE 104 TYP HMOŽDINKY 230 Obr. 7 Pražec SB 5P 236,1 240 280 ŘEZ B - B 242 280 20 135 155 SB 6... monolitický pražec z předpjatého betonu vyztužený 40 3,0 mm, dřevěné a později polyamidové vložky (SB 6P), žebrové podkladnice S 4 a R 4, dl. 2420 mm SB 8... monolitický pražec z předpjatého betonu vyztužený 40 3,0 mm, žebrové podkladnice S 4pl a U 60 (R 4pl), původně se vyráběl s dřevěnými vložkami, v současné době se vyrábí s polyamidovými vložkami (SB 8P), dl. 2420 mm 250 1920 250 294,4 311,6 1208 311,6 294,4 A 1:20 B 1:20 ŘEZ A - A 194,5 155 190 150 210 84 116 200 A B 284 TYP PRAŽCE MÍSTO A ROK VÝROBY ČÍSLO FORMY A PRAŽCE ŘEZ B - B 214,6 190 199 SB 8 P O 98 3 47-01 84 155 96 219 284 71 2420 TYP HMOŽDINKY 326,1 284 Obr. 8 Pražec SB 8P - 14 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic B 91 S...monolitický pražec z předpjatého betonu vyztužený 10 6,0 mm, upevnění pružné bezpodkladnicové, dodává se ve variantách B 91 S/1 pro upevnění Vossloh, kolejnice UIC 60 a R 65, B 91 S/2 pro upevnění Vossloh a kolejnici S 49, B 91 S/5 (dnes B 91 P) upevnění PANDROL a kolejnici UIC 60 a R 65, navržen pro ohybové momenty v průřezu pod kolejnicí +16,0 kn.m a ve středu pražce -12,5 kn.m, předpínací síla 273 až 284 kn, dl. 2600 mm 1516 600 ØEZ 238 175 434 215 240 300 150 180 156 215 300 2168 2600 220 Obr. 9 Pražec B 91 S Výroba pražců z předpjatého betonu Předem předpjaté pražce se vyrábějí dvěma základními způsoby: na dlouhé napínací dráze, s individuálním napínáním výztuže ve formě. Pražce výše uvedených typů se vyrábějí s individuálním napínáním výztuže v masivní formě pro více pražců (zpravidla pět). Předpínací výztuž (patentové dráty) se upíná do čel formy. Formy se vyplní betonem a vibracemi formy na vibrační stolici je beton zhutněn. Tvrdnutí betonu se urychluje propařováním. Po zatvrdnutí betonu se pražce vyklopí z formy a oddělí se přeřezáním výztuže okružní pilou. Metoda výroby na dlouhé napínací dráze spočívá v napínání výztuže mezi dvěma kotevními bloky ve vzdálenosti 100 až 150 m. Na soustavy napnuté výztuže se nasadí formy a vyplní se betonem. Tvrdnutí betonu se urychluje přísadami nebo propařováním. Po zatvrdnutí betonu se pražce oddělí přeřezáním výztuže a vyklopí se z formy. Pražce z předpjatého betonu se zařazují pro potřeby ČD do jakostních tříd podle tvaru s povolenými mezními odchylkami, podle rozměrů s povolenými odchylkami, podle polohy otvorů pro upevňovadla, podle vzhledu a celistvosti betonu a podle nosnosti pražce. Nosnost pražce se zjišťuje statickou zatěžovací zkouškou při namáhání ohybem. Při zkoušce se určuje zkušební zatížení na mezi vzniku trhlin o délce 15 mm v tažené oblasti na boční straně pražce. Při výrobě se provádějí kontrolní zkoušky z každé série 2 000 kusů vyrobených pražců. Zkoušejí se náhodně - 15 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 čtyři vybrané pražce a série se statisticky hodnotí. Nedestruktivně se určuje pevnost betonu pražce. Denně se hodnotí krychelné pevnosti betonu. Pražce se po zařazení do jakostní třídy označují na horní ploše na obou svých koncích olejovou barvou takto: jakostní třída I: jedna kulatá černá značka kontrolora jakosti na horních plochách při obou koncích pražce (okřídlené kolo a číslo kontrolora v kruhu), Obr. 10 Značky kontrolora jakosti třída I a II jakostní třída II: šestiúhelníkové červené značky a písmeno žluté barvy vyjadřující důvod zařazení pražce do jakostní třídy II, A odchylka v poloze předpínací výztuže B odlomky betonu D odchylka v délce pražce H zapuštěné hmoždinky K odchylka osy hmoždinky od stanoveného úklonu P praskliny R rozteče os hmoždinek, rozteče kotev V dutinky v betonu U odchylka úklonu úložné plochy Up přímost úložné plochy nevyhovující pražce: pražce, které nevyhovují ani jakostní třídě II nebo mají více než jednu vadu, pražce se označují červeným křížem. Každý pražec má na vhodném místě horních ploch, zpravidla v prostoru mezi kolejnicemi, dobře čitelné a trvalé plastické značky. Na pražcích se vyznačuje tvar pražce, výrobní závod, výrobní forma, poloha pražce ve formě, poslední dvojčíslí roku výroby, u bezpodkladnicového upevnění tvar kolejnice a druh hmoždinky. Betonové pražce musí spolu s namontovaným upevněním vyhovovat podmínkám pro zajištění požadovaných hodnot elektrického odporu. Jednotlivý pražec musí mít elektrický odpor 1 MΩ a kolejová pole 30 kω při měření stejnosměrnou metodou, 10 kω resp. 300 Ω při měření střídavou metodou, a to za všech klimatických podmínek v suchém stavu kolejového pole. - 16 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 6.1.3 Ocelové pražce U ČD se v minulosti používaly ocelové pražce korýtkového průřezu. V současné době se používají ve velmi malém množství. Nedostatky ocelových pražců jsou: nemá izolační schopnosti, není ho možné použít v koleji s kolejovými obvody, koroze, zejména v oblasti upevnění kolejnic, nesmí se použít v koleji elektrizované stejnosměrnou proudovou trakcí, kde korozi velmi urychlují bludné proudy, podbíjení pražců, relativně vysoká cena. Výhodami a silnými stránkami ocelových pražců jsou: dlouhá životnost, malé výrobní tolerance, korýtkový tvar zajišťuje vysoký podélný a příčný odpor. Ocelové pražce korýtkového průřezu se vyrábějí válcováním. Z dlouhého pásu se jednotlivé pražce stříhají za tepla. Čela pražce se vytvářejí ohýbáním o 90. K upevnění kolejnic se nepoužívají podkladnice. Úložné plochy pro uložení kolejnic se lisují za studena ve sklonu 1:20. U ČD jsou v koleji vloženy ocelové pražce několika typů. Pro upevnění kolejnice jsou navařeny (případně přímo vylisovány v pražci) opěrky pro svěrky a vyraženy otvory pro hákové svěrkové šrouby, viz. Obr. 11. ŘEZ A - A 1:20 12 B 1:20 ŘEZ B - B 115 PŮDORYS B 270 90 A A 2500 Obr. 11 Ocelový pražec T 3 Vedle již dlouho existujícího ocelového pražce korýtkového průřezu byl vyvinut ocelový pražec ve tvaru Y. Ve srovnání s konvenčním příčným pražcem se ocelový pražec Y vyznačuje těmito parametry: - 17 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 těleso z nosných profilů IB 100 S-1, vidlicový tvar Y, tři kolejnicová upevnění na pražci, dvojité podepření kolejnice. Nosný profil ve tvaru speciálního profilu IB 100 S-1 se vyznačuje nízkou stavební výškou (95 mm) při velké šířce příruby (140 mm). Vnitřní plochy jsou nakloněné, aby se při převýšení koleje zabránilo vzniku stojící vody u stojiny. Těleso pražce se skládá ze dvou hlavních nosníků představující základní tvar Y. Na spodním konci tohoto Y jsou nosníky vzájemně spojeny. Aby na obou horních koncích vznikla podobná situace pro uložení, je zde každý z nosníků doplněn jedním vedlejším nosníkem. Tím vznikne na všech třech upevňovacích bodech tzv. dvojitá úložná plocha. Vyhnutí obou hlavních nosníků do strany se provádí tvářením za studena v hydraulických lisech. Spojení obou nosníků, příp. spojení hlavního a vedlejšího nosníku se provádí svařováním pomocí horního a spodního příčného ztužidla. Horní ztužidla zajišťují, podobně jako příčná žebra žebrové podkladnice, správný rozchod koleje a přenášejí příčné síly z kolejnice do pražce. Spodní ztužidla jsou tvořena ocelovým úhelníkem a zajišťují potřebný příčný odpor a přenášejí velkou část příčných sil z pražce do štěrkového lože. Upevnění kolejnic se provádí pružnými svěrkami Skl 14. Potřebný sklon kolejnic 1:40 je zajištěn plastovou vložkou a pružnou podložkou. Podstatný rozdíl mezi ocelovým pražcem Y a konvenčním příčným pražcem je v tom, že se příčné síly nepřenášejí prostřednictvím štěrku za hlavou pražce ani třením mezi pražcem a štěrkem, ale prostřednictvím štěrku uzavřeného tvarem Y a prostřednictvím ztužidel na spodní straně pražce. Tím je příčný odpor proti posunu asi o 12 % větší než u pražců betonových. Horní ztužidlo Spodní ztužidlo 800 230 600 230 Horní ztužidlo Spodní ztužidlo 2300 Vedlejší nosník Hlavní nosník 230 95 Dvojité úložné plochy Obr. 12 Ocelový pražec Y - 18 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic Rozdělení příčných pražců = 600 (600 + 230) x 1,5 =1245 1245 1435 2300 1435 2600 Rozdělení Y-ocelových pražců = 230 600 230 Obr. 13 Uspořádání koleje s příčnými pražci a s pražci Y Obr. 14 Y pražce 6.1.4 Rozdělení pražců Rozdělením pražců se označuje uspořádání pražců po délce koleje. Příčné pražce se v přímé koleji ukládají kolmo k ose koleje, v obloucích se ukládají radiálně. Ve stávající koleji je rozdělení pražců b, c, d, e, u. Nově se navrhuje rozdělení c, d a u podle Tab. 4. Pouze na málo zatížených staničních kolejích (odstavné, kusé koleje apod.) se použije rozdělení pražců b. Přehled počtu pražců a jejich rozmístění je uveden v Tab. 1: - 19 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Kolejnice Pražce Délka kol. polí [m] R 65 UIC 60 S 49 Kolej - kolejnicové styky Rozdělení pražců Počet pražců v na kol. 1 km poli koleje Vzdálenost pražců [mm] n.x m.y z dřevěné 20 stykovaná c 30 1500 29x674,5 447,5 a i d 33 1650 32x611 456 betonové bezstyková e 37 1850 36x544 424 25 c 38 1520 35x674,5 1x475 450 d 41 1640 34x611 3x630 454 e 46 1840 39x544 3x557 450 dřevěné 20 stykovaná u 34 1700 33x589 571 a 25 u 42 1680 41x596 572 betonové 19,80 bezstyková u 33 1667 32x600 600 dřevěné 25 podporovan b 34 1360 31x755 1x676,5 250 é styky c 38 1520 35x674,5 1x575 250 d 41 1640 32x611 4x651 250 e 46 1840 39x544 1x591 a 250 betonové dřevěné a betonové 24,60 převislé styky bezstyková b c d e b c d e u c d e 34 38 41 46 34 38 41 46 42 38 41 46 1360 1520 1640 1840 1360 1520 1640 1840 1680 1520 1640 1840 31x755 35x674,5 32x611 39x544 29x755 35x670 38x611 43x544 39x600 33x674,5 40x611 45x544 2x590 1x656,5 1x555 4x646 1x583 a 2x584 2x654,5 1x529 1x645 1x558 1x554 290 290 290 290 495 500 500 500 500 2x550 550 568 528 u 41 1667 40x600 600 Tab. 1 Rozdělení pražců v normálně rozchodné koleji y y z m.y x n.x x m.y z Obr. 15 Rozdělení pražců v kolejovém poli Rozdělení pražců u stykované koleje v oblasti styku je upraveno vzhledem ke zvýšenému namáhání svršku, u bezstykové koleje je pravidelné nebo je upraveno s ohledem na použití inventárních kolejnic. Povolená odchylka v poloze pražce při novostavbě a rekonstrukci je ± 30 mm. - 20 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic Kontrolní otázky Jaké jsou výhody dřevěných pražců oproti betonovým a proč se dnes používají stále méně? Které betonové pražce se dnes vyrábějí? Jaké výhody mají ocelové pražce oproti betonovým? Jakým způsobem se zajišťují dřevěné pražce proti štěpení? Jakým způsobem se vyrábějí pražce z předpjatého betonu? Z jakého dřeva se vyrábějí dřevěné pražce? Jakým způsobem se ošetřují dřevěné pražce, aby se prodloužila jejich životnost? - 21 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 6.2 Kolejové lože Kolejové lože plní tyto základní funkce: vytváří pružné uložení kolejového roštu, roznáší zatížení z kolejového roštu na pláň tělesa železničního spodku, zajišťuje odpor proti příčnému a podélnému posunutí koleje, umožňuje směrovou a výškovou úpravu koleje. Kolejové lože musí být propustné a nenamrzavé, pružné a stabilní, v úsecích s kolejovými obvody zabezpečovacího zařízení nebo na elektrizovaných tratích musí zajišťovat dostatečnou vzájemnou izolaci kolejnicových pásů. Základními parametry kolejového lože jsou: tloušťka kolejového lože měřená mezi plání tělesa železničního spodku a ložnou plochou příčného pražce (kolejnicové podpory) pod nepřevýšeným kolejnicovým pásem, profil kolejového lože, geotechnické vlastnosti kameniva, míra homogenizace kameniva v kolejovém loži, ekologické vlastnosti kameniva. - 22 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 6.2.1 Namáhání kolejového lože Kolejové lože je tvořeno nesoudržným zpravidla zrnitým ostrohranným materiálem. Kolejové lože je na základě vnitřního úhlu tření schopno přenášet svislá tlaková namáhání, nepřenáší tahová namáhání. Schopnost přenášet vodorovná zatížení je u kolejového lože výrazně nižší. Velikost napětí na ložné ploše pražce je závislá na tvaru kolejnice, na typu použitého pražce, na typu upevnění kolejnic [46], na tuhosti konstrukčních vrstev železničního spodku a kolejového lože samotného. Rozdělení kolové síly na sousední pražce je na Obr. 16. Obr. 16 Schéma rozdělení kolové síly na jednotlivé pražce Namáhání kolejového lože je nerovnoměrné a podobně je nerovnoměrně namáhána i pláň tělesa železničního spodku. 6.2.2 Tloušťka a profil kolejového lože Tvar kolejového lože je lichoběžníkový. Šířka kolejového lože v úrovni úložné plochy pražce je 1 700 mm resp. 1750 mm od osy koleje. Svahy štěrkové lavičky za hlavami pražců jsou ve sklonu 1:1,25 (odpovídají úhlu vnitřního tření drceného kameniva frakce 32/63). Tloušťka kolejového lože se navrhuje podle Tab. 2. Kategorie trati Pražce Tloušťka [mm] celostátní a regionální dráhy v traťových a staničních hlavních a předjízdných kolejích celostátní a regionální v ostatních betonové 350 dřevěné 300 betonové 300 staničních kolejích dřevěné 250 na vlečkách betonové 250 dřevěné 200 ve všech případech ocelové 350 od úložné plochy pražce Tab. 2 Tloušťka kolejového lože Změna tloušťky kolejového lože při změně druhu pražců se upraví pomocí výběhu v délce 5 m pod pražci s menší předepsanou tloušťkou. Tato změna se nesmí projektovat pod výhybkou, pod lepeným izolovaným stykem, kolejnicovým stykem a přejezdem. - 23 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Kolejové lože má omezenou schopnost tlumit vibrace a ve velké míře je přenáší do konstrukce železničního spodku. Proto se v některých případech vkládají pod kolejové lože antivibrační rohože. V těchto případech se zvýší tloušťka kolejového lože o ochrannou vrstvu 50 mm. Maximální výška kolejového lože je 900 mm, minimální šířka stezky na pláni tělesa železničního spodku je 400 mm. 6.2.3 Materiál kolejového lože Materiál kolejového lože musí mít takové vlastnosti, aby po dobu předpokládané životnosti stavby byla při běžné údržbě zaručena mechanická pevnost a stabilita kolejového lože. Materiál kolejového lože musí splňovat zejména tyto požadavky: pevnost, materiál se nesmí pod jedoucími vozidly a při podbíjení pražců drtit odolnost proti účinkům mrazu, kolejové lože nesmí při střídavém promrzání a rozmrzání měnit svoje vlastnosti vhodné chemické složení. Z hlediska původu kameniva se používá pro kolejové lože kamenivo: přírodní (drcené, těžené) recyklované (vytěžené z kolejového lože a upraveno v recyklačním zařízení) umělé (vyráběné drcením a tříděním vysokopecní strusky). Požadavkům na kolejové lože nejlépe vyhovuje drcené kamenivo z vyvřelých hornin (čedič, andezit, žula, diorit apod.). Důležitou vlastností těchto materiálů je kromě pevnosti také odolnost proti opotřebení, vyhovující tvarové indexy zrn a ostrohrannost. Nevhodné jsou horniny s vysokým podílem snadno se rozpadajících minerálů (ruly a svory), horniny vyznačující se břidličnatostí, kulovitým rozpadem, vápenec a dolomit. Pro koleje ČD se používá kamenivo frakce 32/63. Požadavky na zrnitost materiálu podle studií ERRI (European Rail Research Institute) ve srovnání s požadavky ČD jsou na Obr. 17. Materiál kolejového lože se při jeho zřizování hutní válci zpravidla pouze staticky, takže se homogenizuje jeho objemová hmotnost. K urychlení konsolidace se používá dynamický stabilizátor, který vibruje kolejovým roštem a simuluje projetou zátěž. Cílem je dosáhnout zaklínění zrn materiálu kolejového lože. - 24 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 100 Zrnitost kameniva štěrkového lože Propad sítem v % hmotnosti 90 80 70 60 50 40 30 20 Kritéria čištění kameniva štěrkového lože CEN E 20 ERRI D202 70 50 10 0 3* 16 22,4 31,5 40 45 50 63 Rozměr (strana) čtvercového otvoru síta v mm * Kamenivo štěrkového lože po dopravě na stavbu <- 5% Závazný limit Doporučený limit Limit dle ČSN Obr. 17 Požadavky na průběh křivky zrnitosti pro kolejové lože Kamenivo pro kolejové lože se podle vlastností a jakosti zařazuje do tří tříd BI, BII a C. Použití kameniva v kolejovém loži je v Tab. 3. Koleje hlavní a předjízdné koleje vybraných tratí ostatní koleje 1. až 4. řádu ostatní koleje 5. a 6. řádu Druh kameniva Nové přírodní Recyklované Umělé BI BI nepovoleno min. BII min. BII nepovoleno min. C min. C min. C Tab. 3 Použití tříd kameniva Vybrané tratě ČD odpovídají modernizovaným tratím koridorů. Recyklované kamenivo je možné použít v kolejích: s rychlostí do 90 km.h -1 včetně v plném profilu kolejového lože s rychlostí vyšší jak 90 km.h -1 až do 160 km.h -1 včetně ve spodní vrstvě kolejového lože, nejvýše 50 mm pod úroveň ložné plochy pražců. Pro zachování únosnosti a odporů kolejového lože je velmi důležitou vlastností propustnost materiálu. Ta je ve velké míře ovlivněna znečištěním kolejového lože. Zdroje znečištění jsou vnější (spad sypkých materiálů z jedoucích vozů písek, uhelný prach) a vnitřní (rozpad zrn kameniva, pronikání jemných částic ze zemin pod kolejovým ložem). Snížená propustnost, způsobená znečištěním kolejového lože vede ke snížení smykové pevnosti a k namrzání kolejového lože. Materiál kolejového lože podle doporučení ERRI je nutné pročistit, pokud je podíl jemných částic vyšší než 30 % (na sítě 22,4 mm). - 25 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Kontrolní otázky K čemu slouží kolejové lože? Nakreslete si základní profil kolejového lože. Jaké vlastnosti musí mít kamenivo použité v kolejovém loži? - 26 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 6.3 Upevnění kolejnic na pražci Kolejnice se upevňují na podpory (příčný pražec, podélný pražec, deskový pražec, rámová konstrukce, betonová deska, osamělá podpora) pomocí upevňovadel a drobného kolejiva, která zajišťují stálou polohu kolejnic a rozchod koleje. Upevnění má být dostatečně tuhé i pružné, při současné jednoduchosti a snadné udržovatelnosti. Kolejnice se upevňuje na podpory buď přímo nebo prostřednictvím podkladnice, která roznáší napětí od účinků železničních vozidel na větší plochu. Pružnost upevnění je zajišťována pomocí pryžových nebo plastových podložek mezi patou kolejnice a pražcem, resp. podkladnicí a mezi podkladnicí a pražcem. Pro upevnění kolejnice byla vyvinuta upevnění: přímá, kde je kolejnice upevněna upevňovadly přímo k podpoře, nezávisle na tom, zda je vložena mezi pražec a patu kolejnice podkladnice nepřímá, kde je kolejnice upevněna k podkladnici jedním druhem upevňovadel a podkladnice k podpoře dalším druhem upevňovadel. Přímé upevnění u dřevěných pražců se dnes nepoužívá. Po zdokonalení pružného upevnění se používá přímé upevnění kolejnice na betonové pražce nebo betonové desky. V hlavních kolejích na vybraných tratích se používá zpravidla pružné bezpodkladnicové upevnění na betonových pražcích s úklonem kolejnic 1:40. U podkladnicového upevnění je kolejnice uložena v úklonu 1:20. Tuhé podkladnicové upevnění se doporučuje použít jen v kolejích s nižším provozním zatížením. K upevnění kolejnice se užívá drobné kolejivo (podkladnice, můstkové desky, svěrky, spony, pryžové, penefolové a polyetylénové podložky, vodící vložky a izolátory) a upevňovadla (hřeby, vrtule a pražcové šrouby, spojkové a svěrkové šrouby, vložky M, pružné kroužky, zajišťovací kroužky, podložky, distanční kroužky). Tvary a rozměry běžných typů drobného kolejiva jsou uvedeny ve služební rukověti ČD, označené SR 103/3 (S) a podrobně ve vzorových listech a příslušných normách a technických podmínkách. 6.3.1 Vrtule Vrtule při přímém upevnění slouží k upevnění kolejnice k pražci, nebo kolejnice a podkladnice k pražci. Při nepřímém upevnění se používají k upevnění podkladnice k pražci. U ČD se používají tyto typy vrtulí: T 1 tato vrtule se používala pro přímé upevnění kolejnic na dřevěné pražce s klínovými podkladnicemi. Vrtule je k dispozici s vydutými i vypuklými hlavami, délka dříku vrtule je 135 mm, je charakteristická průměrem hlavy 50 mm T 2 tato vrtule se používá pro rozponové podkladnice T 2, T 4 a T 8 na betonových i dřevěných pražcích, je charakteristická vypuklou hlavou, délka dříku vrtule je 135 mm, průměr hlavy 42 mm - 27 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 T 3 S 1 S 2 R 1 R 2 používá se pro rozponové podkladnice T 5 a T 6 na betonových i dřevěných pražcích, je charakteristická vypuklou hlavou, délka dříku vrtule je 150 mm, průměr hlavy 42 mm používá se pro žebrové podkladnice na betonových i dřevěných pražcích, je charakteristická vydutou i vypuklou hlavou, délka dříku vrtule je 140 mm, průměr hlavy 42 mm používá se pro rozponové podkladnice T 5, TR 5, T 6 a TR 6 na betonových i dřevěných pražcích, je charakteristická vypuklou hlavou, délka dříku vrtule je 155 mm, průměr hlavy 42 mm používá se pro žebrové podkladnice na betonových i dřevěných pražcích, pro bezpodkladnicové upevnění, je charakteristická vydutou hlavou, délka dříku vrtule je 145 mm, průměr hlavy 44 mm používá se pro rozponové podkladnice T 5, TR 5, T 6 a TR 6, déle pro žebrové podkladnice na penefolových podložkách, na betonových i dřevěných pražcích, je charakteristická vypuklou hlavou, délka dříku vrtule je 160 mm, průměr hlavy 44 mm ZN VÝROBCE A ROK VÝROBY R1-145 31,5 (R2-160) 25 4 (40) 24 24 5 závitů = 62,5 35 1,7 4.6 18,5 20,5 R=140 6 22,5 24,5 44 16 Obr. 18 Vrtule R 1 a R 2 Pražcový šroub používá se jen v kombinaci s hmoždinkou PLASTIRAIL, je charakteristický běžným metrickým závitem, délka dříku 137,5 mm, průměr hlavy 44 mm - 28 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 31 R6max 4 R2 R32 137,5 62 30 55 7 62 95 2.130. K 22,5 24,5 60-90 15 Tr 22x4 18,5 20,5 44 Obr. 19 Pražcový šroub Vrtule se dotahují zatáčečkami s nastavitelným utahovacím momentem, momentovým klíčem nebo běžným klíčem. Při dotažení se vždy sleduje velikost utahovacího momentu, proto při montáži běžným ručním klíčem je nutné provést závěrečné utažení momentovým klíčem. Pro většinu typů upevnění je utahovací moment 180 220 N.m, při použití distančních kroužků je vyšší. 6.3.2 Hmoždinky Hmoždinky jsou určeny pro montáž vrtulí nebo pražcových šroubů do betonových pražců. V současné době se vyrábějí hmoždinky z těchto materiálů: polyetylen PE, plastická značka na pražci 3 nebo B podle výrobce polyamid PA, plastická značka na pražci S polyamid plněný skelnými vlákny PA 30SV, plastická značka na pražci 1, P nebo pro upevnění Vossloh V polyamid a obal z pozinkované oceli PLASTIRAIL R, označení VAPE 5, značka na pražci 5, VAPE 6 značka na pražci 2. Hmoždinka svým tvarem vždy odpovídá tvaru použité vrtule. Vrtule jdou do hmoždinek volně zatočit a nerozepínají betonové pražce. Svislé síly od vrtulí se do betonu přenášejí pomocí vnějšího závitu hmoždinky. - 29 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Obr. 20 Model vrtule a hmoždinky v betonovém pražci, průběh intenzity napětí v hmoždince K regeneraci betonových i dřevěných pražců se používají speciální regenerační hmoždinky. Původní hmoždinka je odstraněna a je nahrazena novou regenerační vložkou. Tímto způsobem je možné u jinak nepoškozených pražců výrazně prodloužit životnost. 6.3.3 Podkladnice Podkladnice se vkládají pod patu kolejnice a podle konstrukčního uspořádání se dělí na klínové, rozponové a žebrové. U ČD se klínová podkladnice používala ve vedlejších staničních kolejích, na čistících jámách a v tunelech. Klínové podkladnice byly určeny pro přímé upevnění na dřevěných pražcích. Vrtule T 1 se u tohoto typu upevnění svou hlavou opírá o patu kolejnice. K upevnění kolejnice se použijí dvě nebo tři vrtule podle typu podkladnice. Klínové podkladnice nesly označení T 1, T 2 a T 3. Horní plocha rozponových podkladnic je v úklonu 1:20. Rozponová podkladnice nevymezuje příčnou polohu kolejnice. Poloha kolejnice na pražci je určena rozponovými svěrkami. Tento typ umožňuje regulaci rozchodu koleje použitím různých svěrek a jejich obracením. Tato výhoda je vykoupena nebezpečím záměny množství typů svěrek a nebezpečím chybné montáže. Při povolení svěrkové matice je zcela ztracena držebnost upevnění. Rozponové podkladnice T 1, T 2 se používaly u ČD na dřevěných pražcích z tvrdé, resp. z měkké dřeviny. Svěrkové šrouby u těchto podkladnic bylo nutno osadit před montáží podkladnice na pražec. Rozponové podkladnice T 3 a T 4 se používaly na mostních konstrukcích na mostnicích. - 30 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic 1:20 310 19,5 40 35 35 75 75 40 310 Obr. 21 Podkladnice klínová T 3 Rozponová podkladnice T 5 se užívá pro upevnění kolejnic A a T. Po zavedení kolejnic S 49 a R 65 bylo upraveno upevnění i pro tyto kolejnice. Podkladnice TR 5 je o 5 mm širší než podkladnice T 5. Rozponové podkladnice T 6 a TR 6 se používají na mostních konstrukcích na mostnicích. Tyto typy podkladnic se k pražci upevňují pomocí čtveřice vrtulí. Rozponové podkladnice T 7 a T 8 se použijí na starších typech betonových pražců (SB 2, SB 3, SB 4 apod.). Podkladnice T 7 je určena pro přímé upevnění, svěrkový šroub je uchycen přímo k pražci. Charakteristické pro oba typy podkladnic je upevnění pouze pomocí dvou vrtulí nebo svěrkových šroubů. 35 1:20 30 55,5 212 52,5 320 50 (46) 55,5 212 52,5 Hodnoty v závorce platí pro podkladnici TR 5 27 25,5 52 52 25,5 (28) 155 (28) (160) Obr. 22 Rozponová podkladnicet 5 (TR 5) Při upevnění kolejnice do žebrové podkladnice je příčná poloha kolejnice v kolejovém roštu vymezena dvěma žebry na podkladnici, kolejnice je k podkladnici upevněna tuhými nebo pružnými svěrkami. Kolejnice S 49 se upevňuje do žebrové podkladnice S 4 s úklonem úložné plochy 1:20. Při použití pražce s úklonem 1:20 přímo na úložné ploše pražce a ve výhybkách se používají podkladnice S 4pl (ploché), které nemají úložnou plochu v úklonu. Pro kolejnice R 65 a UIC 60 se užívají podkladnice R 4 s úklonem 1:20. Plochá žebrová podkladnice pro tyto kolejnice má označení U 60. Rozchod koleje je možné omezeně měnit u plochých podkladnic otáčením pod- - 31 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 kladnice kolem svislé osy. Žebrové podkladnice těchto typů se upevňují k pražci pomocí čtveřice vrtulí. Pro upevnění kolejnic na mostnicích se používají žebrové podkladnice S 4M a R 4M. Tyto podkladnice jsou o 50 mm širší, zatížení se roznáší na větší plochu. 27 27 15 312 150 15 372 Obr. 23 Plochá žebrová podkladnice S 4pl Můstkové desky jsou určeny pro konstrukci podporovaných kolejnicových styků na dvojčitých pražců. Svými rozměry přesahují rozměry běžných podkladnic a upevňují se dvojnásobným počtem vrtulí. 6.3.4 Svěrky Pro upevnění kolejnic se používají svěrky. Svěrky pro upevnění v rozponových podkladnicích jsou tuhé. Svěrky mají označení T 5 a T 6 pro kolejnice tvaru T a S 49, pro kolejnice R 65 se používají svěrky T 5 a R. a) b) 4 74 86 4 30 c) 51 26 55 25 78 55 90 25 65 45 40 40 90 102 70 d) 66 70 Obr. 24 Svěrky a) T 5, b) T 6, c) ŽS 4, d) R 1-32 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic Tuhá svěrka pro upevnění kolejnic v žebrových podkladnicích má označení ŽS 4. Svěrky mají charakteristický průřez zvonkového tvaru. V nedávné minulosti svěrka ŽS 4 nahradila svěrku ŽS 3, která byla o 3 mm nižší. Výhodou této svěrky byla nižší spotřeba materiálu, vzhledem k masivnímu použití značná. Bohužel při opotřebení svěrky a putování kolejnice docházelo k dosedání svěrky na žebro žebrové podkladnice a k výraznému poklesu přítlačné síly. Pro takto upevněné kolejnice není zaručen dostatečný podélný odpor proti posunutí kolejnice v uzlu upevnění. V současné době se nesmí svěrky ŽS 3 do koleje ČD vkládat. Předchozím typem byla svěrka ŽS 1. Svěrka ŽS 2 se použije pro kolejnicový styk s dilatační volností pro kolejnici R 65. Základní výhodou pružných svěrek je poměrně stálá přítlačná síla na dlouhé dráze zdvihu svěrky. Je dostatečně zaručena držebnost uzlu upevnění a podélný odpor proti posunutí kolejnice, a to i při vibracích kolejnice v uzlu upevnění. U ČD se používají pružné svěrky dvou výrobců: Vossloh a Pandrol. Oba výrobci používají typy upevnění na zásadně jiném principu. Upevnění typu Vossloh používá k montáži svěrek u bezpodkladnicového upevnění vrtulí, u podkladnicového upevnění svěrkových šroubů. Výhodou je snadná regenerace betonových pražců. Upevnění Pandrol u bezpodkladnicového upevnění používá pražcové kotvy, u podkladnicového upevnění adaptéry. Výhodou tohoto upevnění je předem určená svěrná síla a jednoduchost upevnění. Pružná svěrka systému VOSSLOH má pro podkladnicové upevnění označení Skl 12, pro bezpodkladnicové upevnění Skl 14. Kolejnice je směrově vedena boční úhlovou vložkou. U bezpodkladnicového upevnění je možná změna rozchodu výměnou plastových vložek v rozsahu ± 10 mm v kroku po 2,5 mm. Svěrky se montují tak, aby nos svěrky dosedl na plastovou vložku. Obr. 25 Pružná svěrka Skl 12 (vlevo), Skl 14 (vpravo) Nominální svěrná síla upevnění typu Vossloh je 10 kn při zdvihu svěrky 13 mm. Předpokládají se kmity paty kolejnice s amplitudou až 2 mm. Volná ramena přitlačují patu kolejnice. Vzhledem ke tvaru svěrky je definována druhotná tuhost upevnění. Při nadměrném namáhání svěrky (např. při vyklápění kolejnice nebo při zdvihání kolejového roštu při podbíjení pražců) se pata kolejnice opře o nos svěrky. Pracovní diagramy svěrek jsou na Obr. 26. - 33 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 Přítlačná síla na patě kolejnice [kn] 25 20 15 10 5 0 tuhá svěrka s pružným kroužkem Vossloh Pandrol FastClip 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Skl 14 Skl 12 e 1800 Posun pracovní části svěrky [mm] Obr. 26 Pracovní diagram svěrek a spon 16 17 Posun [mm] 0,10 0,00-0,10-0,20-0,30-0,40-0,50 0 1 2 3 4 5 6 Čas [s] Obr. 27 Měření posunu paty kolejnice vůči pražci v uzlu upevnění W 14, průjezd soupravy vlaku IC/EC rychlostí V = 160 km. -1 Bezpodkladnicové upevnění typu Pandrol má označení FastClip. Je charakteristické použitím pružných spon, které se do pracovní polohy nasunou ve směru kolmo na osu kolejnice, při mezeře mezi pražcem a patou kolejnice větší jak 6 mm je nutné přizvednutí pražce. Na pracovní nos svěrky se navléká plastový izolátor. Spona je k pražci uchycena v pražcové kotvě. Pražcová kotva je opatřena bočními plastovými vložkami, které vymezují polohu kolejnice v uzlu upevnění. Jejich záměnou lze omezeně měnit rozchod koleje v rozpětí ± 4 mm v kroku po 2 mm. Kolejnice je uložena na pryžové podložce tl. 11,5 mm vyvinuté tvarově jako sada individuálně stlačitelných válečků. Pražcové kotvy FastClip se také vyrábějí ve variantě zaručující druhotnou tuhost upevnění, viz. Obr. 26. Pražcové kotvy se do pražců zabudovávají přímo při výrobě pražců. Jejich regenerace není možná. Obr. 28 Spony PANDROL e 1881 a FastClip FC 1501 s plastovým izolátorem, kotva PANDROL s boční plastovou vložkou - 34 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic Pro podkladnicové upevnění se u ČD používá upevnění Pandrol e s adaptérem. Adaptér se vkládá do výřezu žebra v žebrové podkladnici. Spona e se do pracovní polohy nasouvá ve směru podélné osy kolejnice. Nevýhodou typu upevnění Pandrol e je nemožnost předmontáže svěrek na pražce. Výhodou je snadná montáž a nízké nároky na údržbu. 6.3.5 Ostatní součásti Pod patu kolejnice se vkládají pryžové podložky, které snižují působící dynamické účinky. Tloušťka pryžové podložky se řídí typem upevnění a je 5, 6 a 7 mm, pro upevnění Pandrol FastClip se používá speciální pryžová podložka tloušťky 11,5 mm. Pryžové podložky jsou buď rýhované (z jedné nebo obou stran), nebo mají oválné výstupky tak, aby byla umožněna svislá deformace podložky. a) b) c) 126 6 183 174 150 143 150 194 12 6 11,5 19 114 152 12 19 7 113 156 11,5 11,5 Obr. 29 Pryžové podložky pod patu kolejnice a) běžná, b) pro upevnění typu Vossloh c) pro upevnění Pandrol FastClip Pod podkladnice se vkládá polyetylenová podložka, snižující otlačení pražců na úložných plochách. K vytvoření změny rozchodu jsou určeny klínové podložky z polyamidu, které změnu rozchodu zajišťují změnou úklonu kolejnice. Obr. 30 Pryžové podložky pod patu kolejnice zleva běžná, pro upevnění typu Vossloh, pro upevnění Pandrol FastClip Pro snížení tuhosti se pod patu kolejnice používají penefolové (pěněná pryž) podložky. Používají se dvě podložky o celkové tloušťce 10 mm. Aby byla zajištěna jejich funkce, jsou do otvorů pro vrtule vkládány speciální distanční - 35 (43) -
ŽELEZNIČNÍ STAVBY II Modul 4 kroužky. Z těchto důvodů jsou podkladnice upraveny a otvory pro podkladnice mají větší průměr (44 mm). Pružné kroužky jednoduché, dvojité a trojité se používají pro zajištění přítlačné síly utahovaných prvků jako jsou vrtule a matice svěrkových šroubů. Vložky M se používají pro zajištění polohy svěrkových šroubů v rozponových podkladnicích T 5, TR 5, T 6 a TR 6. a) b) 25 42 4 18 6 17 6 22 45 Obr. 31 a) dvojitý pružný kroužek, b) vložka M Svěrkové šrouby slouží k upevnění svěrek v uzlu upevnění. Typ svěrkového šroubu je dán typem upevnění a použitou svěrkou. U ČD se používá velké množství svěrkových šroubů, většina z nich má závit M 24, menší množství M 22. a) b) 40 10,5 18 35 19 54 19 75 M24 L RS1 L=80 mm RS2 L=87 mm RS3 L=97 mm M24 25 Obr. 32 Svěrkové šrouby a) T 5, b) RS 1, RS 2, RS 4 6.3.6 Přehled sestav železničního svršku Na jednom pražci musí být použitý stejný typ upevnění kolejnic na obou kolejnicových pásech. Při novostavbách, rekonstrukcích a modernizacích koleje se používají sestavy upevnění kolejnic na pražci podle Tab. 4. - 36 (43) -
Kolejnicové podpory, kolejové lože, upevnění kolejnic Kolejnice Pražce Podkladnice Svěrky Typ 1. UIC 60 S 49 dřevěné žebrové R 4 žebrové S 4 tuhé ŽS 4 K 2. UIC 60 S 49 betonové SB 8P žebrové U 60 žebrové S 4pl tuhé ŽS 4 K 3. UIC 60 S 49 dřevěné žebrové R 4 žebrové S 4 pružné Skl 12 KS 4. UIC 60 S 49 5. UIC 60 S 49 betonové SB 8P žebrové U 60 žebrové S 4pl betonové SB 8P žebrové U 60d žebrové S 4pld pružné Skl 12 tuhé ŽS 4 a distanční kroužky, penefolové podložky KS Kd 6. UIC 60 S 49 betonové SB 8P žebrové U 60d žebrové S 4 pružné Skl 12 a distanční kroužky, penefolové podl. KSd 7. UIC 60 S 49 betonové B 91S/1, B 91P betonové B 91S/2 pružné Skl 14, FASTCLIP pružné Skl 14 W14 FC I 8. UIC 60 S 49 dřevěné žebrové R 4 žebrové S 4 pružné PANDROL e s adaptérem Ke 9. UIC 60 S 49 betonové SB 8P žebrové U žebrové S 4pl pružné PANDROL e s adaptérem Ke 10 UIC 60 S 49 betonové SB 8P žebrové U 60d žebrové S 4pld pružné PANDROL e s adaptérem, distanční kroužky, penefolové podl. Ked Tab. 4 Nově zřizované typy upevnění V části sedmé předpisu S3 Železniční svršek jsou doporučené sestavy železničního svršku pro jednotlivé druhy kolejí. Zařazení jednotlivých sestav železničního svršku k příslušnému druhu koleje je stanoveno s ohledem na provozní zatížení, rychlost a využití dané koleje. Výběr schvaluje příslušný správní orgán Českých drah. Starší typy upevnění, které je povoleno nechat v koleji do vyčerpání životnosti jsou uvedeny v Tab. 5. Do vyčerpání životnosti jsou ponechány v koleji i některé další starší typy upevnění. Kolejnice Pražec Podkladnice 1. R 65 S 49 2. R 65 S 49 betonové SB 6 nebo dřevěné žebrové R 4 pro R 65 žebrové S 4 pro S 49 betonové PB 2, PB 3, SB 8, SB 8P žebrové R 4pl (ploché) pro R 65 S 4pl pro S 49 3. R 65, S 49, T betonové SB 5 nebo dřevěné rozponové TR 5 4. S 49, T betonové SB 3, SB 4, VÚS-62, Dosta T 8 5. S 49, T betonové SB 3, SB 4, VÚS-62, Dosta T 8 rozponové T 8 žebrové ŽT Tab. 5 Stávající starší typy upevnění - 37 (43) -