transportszynowy.pl

najobszerniejsze centrum wiedzy o transporcie szynowym po polsku

Tory i infrastruktura torowa > Rodzaje, charakterystyka i budowa szyn

Każdy tor składa się z dwóch szyn ułożonych równolegle do siebie i odpowiednio mocowanych. W komunikacji tramwajowej stosuje się trzy rodzaje szyn:
- szyny typu kolejowego - np. 49E1 (S49), 60E1 (UIC60),
- szyny typu tramwajowego - np. popularne w Polsce: 59R1 (RI60) i 59R2 (Ri60N), 60R1 (Ri60), 60R2 (Ri60N) oraz inne np.: 51R1 (Ri52), 53R1 (Ri53), 54G1/54R1 (41GPU), 54G2 (Ri54G2), 54G4 (41GPi), 55G2 (41GP10), 55G3 (41GP13), 55R1 (Ri55NK), 57R1(Ph37), 62R2 (Np4aS), 62R1 (NP4aM),
- szyny blokowe - np. 57K2 (LK1), 53K2 (MSzTS52), 58K2 (112T).

Wygląd każdej z powyższych szyn (przekrój poprzeczny) przedstawia poniższy schemat.

 
Rodzaje szyn
1 - szyna typu kolejowego
2 - szyna typu tramwajowego (rowkowa)
3 - szyna blokowa
a - główka
b - szyjka
c - stopka
d - rowek
e - kołnierz rowka


Główka - to część szyny, po której toczy się koło jezdne tramwaju. Ma ona odpowiedni profil odpowiadający profilowi obręczy koła jezdnego tramwaju.

Szyjka - to część wsporcza szyny umożliwiająca jej kierunkowanie.

Stopka - to dolna część szyny, która opiera się o podłoże (podkłady, podbudowy betonowe itp.) i umożliwia przytwierdzenie szyny.

Rowek - to element stosowany tylko w szynach tramwajowych zwanych rowkowymi i szynach blokowych. Zapewnia lepsze prowadzenie koła szczególnie podczas jazdy po łukach. Rowek umożliwia też zabudowę szyny w jezdni, zapewniając odpowiednią przestrzeń dla obrzeża koła.



Styki koła z szynami typu tramwajowego
A - styk jednopunkotwy (tylko powierzchnia toczna)
B - styk dwupunktowy (powierzchnia toczna i strona czynna obrzeża)
C - styk dwupunktowy (powierzchnia toczna i strona bierna obrzeża)
czerwona linia - zarys niezużytej główki szyny

Poniższy film pokazuje współpracę koła tramwajowego z szyną typu tramwajowego (rowkową).



Więcej informacji na temat współpracy kół z szynami można znaleźć tutaj.


Szyna wykonana jest ze specjalnego stopu stali (najczęściej R260 i R350HT) i ma kształt zbliżony do profilu dwuteownika (szyna klasyczna). W skład stali z której produkowane wchodzi oprócz żelaza również węgiel, mangan, krzem i w śladowych ilościach fosfor oraz siarka.
Szyny produkowane są w technologii walcowania ze wsadu wytwarzanego metodą ciągłego odlewania stali, w stanie po walcowaniu (surowe) lub z dodatkową obróbką cieplną materiału główki szyny.


Skład chemiczny i własności mechaniczne stali szynowej



Główne oznaczenia (cechowanie) na szynach
Na szyjkach szyn stosuje się cechowanie informujące o danych technicznych szyny takich jak: identyfikacja producenta, gatunek stali i znak liniowy, ostatnie dwie cyfry roku produkcji i miesiąc produkcji oraz oznaczenie typu i profilu szyny. Cechowanie to musi być powtarzane co 4 metry długości szyny. Wykonywane jest jako walcowanie wypukłe o wysokości znaków od 20 do 25 mm i wypukłości od 0,8 do 1,5 mm.
Poza powyższymi oznaczeniami stosuje się również cechowanie wklęsłe wykonywane mechanicznie na gorąco (poprzez wyciskanie stemplem), również na szyjce szyny lecz po przeciwnej stronie znaków wypukłych. Przy szynach dłuższych niż 30 m oznaczenie te musi być zastosowane nie rzadziej niż co 20 metrów natomiast przy szynach standardowych rozmiarów czyli 25, 27,5 i 30 m zastosowane muszą być minimum dwa komplety znaków. Omawiane oznaczenia informują o: numerze wytopu, położeniu szyny w kęsisku oraz numeru żyły i położenia kęsiska w żyle. Litery i cyfry muszą mieć wysokość 16 mm, pochylenie 10 stopni i zaokrąglone krawędzie. Głębokość cechowania musi zawierać się w tolerancji od 0,5 do 1,5 mm.


Cechowanie szyny


Przykładowe cechowanie wypukłe (opis na pow.)

Kliknij aby powiększyć   
Przykładowe cechowanie wklęsłe (opis na pow.)


Miejsce cechowania wklęsłego zamarkowane farbą dla łatwiejszej identyfikacji miejsca cechowania


Logo producenta szyny


Naklejka identyfikacyjna szyny (typ, długość, materiał, numer seryjny)




1) Przykładowe szyny typu kolejowego według EN13674-1

a) Szyna S49 (49E1):


Podstawowe wymiary
Masa 1 mb szyny ok. 49,3 kg, dla torowisk tramwajowych produkowane najczęściej w odcinkach 12 lub 18 m.


Kliknij aby powiększyć   
Szyna typu kolejowego S49


Kliknij aby powiększyć     Kliknij aby powiększyć   
Oznaczenia (cechowanie wypukłe) na szynie S49





b) Szyna 60E1 (UIC60):


Podstawowe wymiary
Masa 1 mb szyny ok. 60,2 kg, dla torowisk tramwajowych produkowane najczęściej w odcinkach 12 lub 18 m.

Kliknij aby powiększyć   
Szyna typu kolejowego 60E1 (UIC60)


Kliknij aby powiększyć     Kliknij aby powiększyć   
Oznaczenia (cechowanie wypukłe) na szynie UIC60





2) Przykładowe szyny typu tramwajowego według EN 14811

a) Szyny 59R1(Ri59), 60R1(Ri60) lub 59R2(Ri60N), 60R2 (Ri60N):


Podstawowe wymiary 
Masa 1 mb szyny ok. 59-60 kg (w zależnosci od rodzaju), produkowane najczęściej w odcinkach 12 lub 18 m.


Kliknij aby powiększyć   
Szyna typu tramwajowego 60R1 (Ri60)


Kliknij aby powiększyć     Kliknij aby powiększyć    
Oznaczenia (cechowanie wypukłe) na szynach




b) Szyna 180S (niestosowana w nowobudowanych torach):
W tym rodzaju szyny rowkowej nie występuje pochylenie płaszczyzny tocznej główki szyny, co wpływa na gorsze parametry współpracy z profilem koła przy powszechnym braku stosowania pochylenia całej szyny na podkłądzie. Wcześniej omówione szyny (59,60R...) posiadają pochylony profil głóki szyny - pochylenie 1:40, czyli analogiczne jak pochylenie szyn, które stosuje się w nawierzchniach torowych z szynami typu kolejowego.


Podstaowe wymiary szyny 180S ze schematycznym porównaniem do zarysu główki szyny 60R2


Kliknij aby powiększyć   
Szyna typu tramwajowego 180S


Kliknij aby powiększyć
Oznaczenia (cechowanie wypukłe) na szynie 180S



Schemat pochylenia szyn typu kolejowego w torze (1:40)



3) Szyny blokowe według AT/07-2011-0116-01             
Szyny blokowe są to tak zwane szyny niskostopowe, stosowane w nawierzchniach torowych z wykorzystaniem płyt prefabrykowanych.

Szyna LK1 (57K2):

 
Szyna blokowa LK-1 (57K2)
Masa 1 mb szyny około 58 kg, produkowane w długościach 18 m.


Kliknij aby powiększyć   Kliknij aby powiększyć   
Szyny blokowe LK1 (57K2)



 

 

Powyżej opisane typy szyn w tokach szynowych mogą być łączone ze sobą. Poniżej przykładowe widoki połączeń szyn różnych typów z wykorzystaniem technologii spawania.

 
Połączenie spawane szyny typu tramwajowego (60R2) z szyną typu kolejowego (49E1)


 
Nacięcie i odgięcie kołnierza szyny rowkowej w miejscu łączenią z szyną typu kolejowego

 
Połączenie spawane szyny blokowej (LK1) z szyną typu tramwajowego (60R2)

Więcej informacji o spawaniu szyn znajduje się tutaj.

 

W rowkach szyn typu tramwajowego / blokowych osadzają się zanieczyszczenia oraz gromadzi się woda, gdyż rowek szyny jest dla niej "korytem". Ze względu na to w budowanych nawierzchniach torowych, stosuje się punkty odwadniające rowki szyn tak, by woda była z nich odpowiednio odprowadzana. W miejscach tych, w kołnierzu szyny wykonuje się podłużne szczeliny przy których zamontowane są kratki połączone z instalacją odwadniania nawierzchni torowej.

   
Punkt odwadniania - widoczna szczelina w rowku szyny i kratka układu odwodnienia


Nieodprowadzona woda w rowkach szyn, ale równ
ież w zabudowie toru


Wśród zabrudzeń jakie osadzają się w rowkach szyn (pyły, odpadki, liście itd.) jest również piasek pochodzący z piasecznic tramwajowych.


Zabrudzenia w rowku szyny

 
Piasek z piasecznic na i przy szynach


Szyna stalowa i toczące się po niej koła stalowe zapewnia znacznie mniejsze opory ruchu niż opory koła ogumionego, poruszającego się po nawierzchni drogowej. Jednak mały punkt styku koła z szyną i twardy materiał jakim jest stal, wpływają na gorsze parametry przyczepności. Szczególnie niekorzystne zjawiska występują w okresie jesiennym, gdy na szyny opadną liście, tworząc na powierzchni tocznej główki szyny tzw. czarną madę. Mada ta jest źródłem poślizgów i wydłużenia dróg hamowania tramwajów. Dlatego najgorszym okresem dla jazdy tramwajów nie jest zima (jak często można usłyszeć) tylko właśnie jesień.

   
Czarna mada na szynach

Szyny na skutek przejazdów taboru zużywają i uszkadzają się. Następuje to na skutek tarcia oraz uderzeń toczących się po nich kół. Dochodzi do zniekształceń ciernych, plastycznych w formie nadmiarów lub ubytków jak również zmęczeniowych. Oczywiście zużywają się również koła. Z punktu widzenia kosztów eksploatacji bardziej podatne na zużycia powinny być koła, gdyż jest je znacząco łatwiej wymienić. Wymiana szyn wiąże się często z bardzo kosztownym i czasochłonnym remontem. Reprofilacja lub wymiana kół realizowana jest w zakresie normalnej obsługi technicznej taboru. Więcej informacji o kołach, zestawach kołowych i ich współpracy z torem oraz utrzymaniu można znaleźć tutaj.
Poniżej zamieszczam zdjęcia przykładowych zużyć szyn. Popularnym i często występującym zużyciem jest tak zwane zużycie faliste główki szyny, które powoduje, że powierzchnia toczna główki szyny kształtuje się na wzór fali jako naprzemiennie występujące zagłębienia i grzbiety. Takie zużycie jest źródłem drgań i w efekcie zwiększonego hałasu. Zużycia faliste można spotkać w miejscach, gdzie tramwaje się rozpędzają, czy też na długich odcinkach prostych. Przyjmuje się, że najczęściej na powstawanie zużycia falistego ma wpływ poślizg wzdłużny kół względem szyn oraz na przykład nieprawidłowo wykonana zabudowa toru (np. zbyt sprężyste podłoże). Zużycie faliste można eliminować przez bieżące szlifowanie szyn, które powoduje, że powierzchnie toczne szyn zostają wygładzone. Tym samym tramwaje poruszają się ciszej.

 
Zużycie faliste szyny (widoczna fala - ciemne strefy to zagłębienia, a jasne to grzbiety fal)


 
Przykładowy wagon techniczny - szlifierka torowa i widoczne stacjonarne kamienie szlifierskie podczas szlifowania szyn


Szlifowanie szyn nowoczesnym wagonem szlifierskim w Warszawie


Poniższe fotografie przedstawiają przykładowe zużycia boczne główki szyny oraz kołnierza szyny, wynikające z naporu poprzecznego obrzeża koła. Najczęściej tego typu uszkodzenia można spotkać na łukach o małych promieniach, a takie bardzo często występują na trasach tramwajowych. Minimalne promienie łuków torowych dla tramwajów wynoszą 18m, ale można spotkać również mniejsze - nawet 16m.

 
Zużycie boczne główki szyny; na prawym zdjęciu widoczne spływy materiału stalowego z główki szyny



Schemat zużycia bocznego głowki szyny


 
Zużycia boczne kołnierza szyny rowkowej


Zachęcam do zapoznania się z dwoma ciekawymi artykułami dotyczącymi zużyć szyn. Linki poniżej:

Makuch J. "Pomiary zużycia przekroju szyn w torach pętli tramwajowej", Przegląd Komunkacyjny 6/2019

Grulkowski S., Zariczny J. "Charakterystyka zużyc, wad i uszkodzeń szyn w torach tramwajowych", Zeszyty Zaukowo-Techniczne SITK RP 2(106)


Ubytki na powierzchni główki szyny

Poza reprofilacją szyn poprzez omówione wcześniej szlifowanie, możliwe jest również stosowanie technologii napawania, czyli naniesienia na fragmencie z ubytkiem warstwy metalu metodą spawania, a następnie szlifowania napoiny na odcinku napawania do uzyskania właściwego kształtu profilu główki szyny. To metoda, przywracająca konstrukcyjne prametry geometryczne szyn, wydłużająca czas ich eksplaotacji.


Proces napawania szyn

 

Należy również pamiętać, że szyny mogą mieć wewnętrzne wady materiałowe (nie powinny występować dzięki odpowiedniej kontroli jakosći produkcji), ktore docelowo doprowadzają do ich uszkodzeń. Poniżej przykład szyny, w której nastapiło odwarstwienie się materiału.


Odwarstwienie materiału w główce szyny

 

Poniższa fotografia przedstawia głókę szyny pokrytą masą zalewową, która wypłynęła ze struktury mocującej szynę w nawierzchni torowej. Powodem wypłynięcia były wadliwie jakościowo wykonane zalewy w ramach procesu montażu szyn oraz wysoka temperatura. Wypłynięcie tej masy, czyli żywicy epoksydowej, na główkę szyny doprowadziło do sytuacji, że koła tramwaju utracały kontakt metaliczny z szyną, przez co zakłócony został przepływ prądów powrotnych, a więc i uszynienie (uziemienie) pojazdu. Tramwaje przez to też miały problem z jazdą (rozruchem).