Szyna - profil - Polski Serwis Naukowy

Szyna kolejowa

Szyna tramwajowa

Szyna – profil metalowy o przekroju dwuteownika lub zbliżonym, stosowany do podtrzymania i prowadzenia pojazdów kolei szynowej, a także innych dziedzinach jak np. budownictwo czy medycyna.

Funkcja

Zadaniem szyn jest umożliwienie toczenia się kół pojazdów i nadawanie im kierunku biegu oraz pośrednio, przez podkładki szynowe, przekazywanie nacisków kół na podkłady.

Szyny są mocowane do podkładów za pomocą złączek przytwierdzających, którymi są podkładki szynowe, wkręty lub haki, śruby stopowe, łapki i pierścienie sprężyste. Do łączenia kolejnych odcinków ze sobą stosuje się złączki szynowe, tj. łubki, śruby łubkowe i pierścienie sprężyste. Przy nowszych typach nawierzchni stosowane są podkładki zakładane między stopkę szyny a podkładkę szynową w celu zwiększenia oporów tarcia.

Bocznica kolejowa – odgałęzienie torów, boczny tor specjalnego przeznaczenia, najczęściej łączący główną linię z przedsiębiorstwem zaopatrywanym drogą kolejową, także jako miejsce postojowe pociągów. Na bocznicach pracują zazwyczaj lokomotywy manewrowe. Często bocznice kolejowe odchodzą od trasy na stacjach kolejowych, gdyż jest to znacznie tańsze i bezpieczniejsze.

Hartowanie – rodzaj obróbki cieplnej materiału prowadzący do zwiększenia jego twardości i wytrzymałości, jak również podniesienia granicy plastyczności i sprężystości.

Budowa

Przekrój poprzeczny szyny

Kształt przekroju poprzecznego szyny jest zbliżony do belki dwuteowej z uwagi na to, że szyna jest poddana w czasie pracy głównie obciążeniom zginającym.

Szyna składa się z główki, stopki i szyjki.

Główka (A = 74,3 mm) jest to górna część szyny przystosowana do toczenia się kół taboru oraz do nadawania im kierunku biegu.

Stopkę (C = 150 mm) szyny stanowi jej dolna część przystosowana do przytwierdzania do podkładki i podkładu.

Szyjka (B = 172 mm) szyny jest częścią pośrednią między główką a stopką. (D = 16,5 mm) a ciężar takiej szyny M = 60,34 kg/m.

Przekroje szyn

Koleje stosują kilkadziesiąt przekrojów szyn. Podstawowe dla toru normalnej szerokości to S42, S49/UIC49 i S60/UIC60. Mnogość typów wynika z długowieczności szyn na słabo obciążonych ruchem liniach kolejowych. W Europie, na bocznicach spotyka się szyny nawet z II poł. XIX wieku. Podstawowym parametrem klasyfikacji jest waga metra bieżącego szyny w kilogramach.

Belka – w budownictwie poziomy lub ukośny element konstrukcyjny przyjmujący obciążenia z powierzchni poziomych i przenoszący je na podpory (ściany, słupy, filary, kolumny). Belka pracuje na zginanie i ścinanie (w belkach, zwłaszcza w elementach ukośnych występują także naprężenia rozciągające lub ściskające). Może być wykonana z drewna, stali, betonu, żelbetu, czasem z kamienia. Belką nazywamy także element prętowy zakrzywiony w planie. Nie jest belką element przenoszący obciążenia tylko wzdłuż jej osi.

Huta Katowice (obecnie ArcelorMittal Poland oddział Dąbrowa Górnicza, wcześniej Mittal Steel Poland, Ispat Polska Stal S.A., Polskie Huty Stali SA) to zlokalizowany w Dąbrowie Górniczej kombinat metalurgiczny zajmujący się hutnictwem żelaza.

Szyny Vignolesa

Aktualnie na kolei stosuje się wyłącznie szyny Vignolesa, które współpracując z odpowiednio ukształtowanym kołem zapewniają m.in. ograniczenie wężykowania pojazdów oraz kompensację różnej prędkości kół jednej osi na łukach.

Właściwości fizyczne

Szyny kolejowe muszą się odznaczać dużą wytrzymałością na zginanie i ścieranie, twardością i jednocześnie pewną ciągliwością, a ponadto sprężystością i trwałością. Szyny są wyrabiane ze stali zlewnej. W skład stali szynowej – oprócz żelaza – wchodzą: węgiel 0,4-0,75%, mangan 0,6-2,1%, krzem do 0,5%, fosfor do 0,05% oraz siarka do 0,05%. Od zawartości tych składników zależą właściwości stali szynowej. Efektywnym sposobem podwyższenia trwałości szyny jest stosowanie stali o zwiększonej wytrzymałości na rozciąganie, dzięki czemu szyny są bardziej odporne na zużycie, zmęczenie, a także zwiększa się odporność szyny na obciążenia udarowe.

Oś – element mechanizmu lub maszyny, służący utrzymaniu w określonym położeniu osadzonych na tej osi wirujących elementów, najczęściej kół, oraz do przenoszenia na podpory sił działających na te elementy. Oś nie przenosi momentu obrotowego, przeciwnie niż wał.

Europa – część świata (określana zwykle tradycyjnym, acz nieścisłym mianem kontynentu), leżąca na półkuli północnej, na pograniczu półkuli wschodniej i zachodniej, stanowiąca wraz z Azją kontynent Eurazję.

Zastosowana stal

Zastosowanie stali o podwyższonej zawartości węgla (do ok. 0,6-0,7%) i manganu (do ok. 2%) podwyższa wytrzymałość stali szynowej na rozciąganie do 900 MPa, a trwałość szyn, wyrażona w przewiezionej masie brutto, zwiększa się prawie dwukrotnie. W ostatnich latach opanowana została przez przemysł hutniczy produkcja szyn ze stali dodatkowo termicznie ulepszonej, osiągającej wytrzymałość na rozciąganie co najmniej 1100 MPa.

Stal – stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,06%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt, występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.

Trzecia szyna – w kolejnictwie forma zasilania dolnego pociągów elektrycznych. Stanowi ją dodatkowa szyna umieszczona wzdłuż toru kolejowego i znajdująca się pod napięciem. Zazwyczaj używa się jej w szybkich kolejach miejskich prowadzonych we własnych korytarzach, całkowicie lub prawie całkowicie wydzielonych od przestrzeni zewnętrznej.

W połowie lat 70. produkowano w Polsce szyny hartowane (linia hartowania sprowadzona ze Związku Radzieckiego i zainstalowana w Hucie Katowice), jednak nie zdały one egzaminu ze względu na poprzeczne pękanie. Obecnie prowadzone są badania nad produkcją szyn z gatunków stali, które w czasie stygnięcia po walcowaniu, uzyskiwałyby strukturę bainityczną.

Linia kolejowa – element sieci kolejowej składający się z jednego, dwóch lub kilku torów kolejowych łączących punkty początkowy i końcowy (będące stacjami końcowymi lub węzłowymi), ustalony w Polsce przez Zarząd PKP. Do linii kolejowej zalicza się również grunty zajęte pod torowisko oraz do nich przyległe wraz z budynkami, budowlami i urządzeniami stworzonymi do prowadzenia ruchu.

Bainit to mieszanina przesyconego ferrytu i wydzielonych węglików. Powstaje w wyniku przemiany bainitycznej. Ma ona charakter częściowo dyfuzyjny. Wraz z obniżaniem temperatury przemiany zwiększa się udział przemiany bezdyfuzyjnej i twardość bainitu. Twardość bainitu jest mniejsza od twardości martenzytu.

Zobacz też