Департамент образования Павлодарской области
Екибастузский колледж инженерно-технического института
им. акад. К.И. Сатпаева
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
На тему: "Нормальная ширина колеи"
Екибастуз – 2008 г.
Нормальная колея (также называемая колея Стивенсона в честь Джорджа Стивенсона) – это широко используемая ширина железнодорожной колеи. Приблизительно 60% существующих в мире железнодорожных путей имеет такую ширину (см. список стран, которые используют нормальную колею). Расстояние между внутренними краями рельс нормальной колеи составляет 1435 мм.
История
По мере развития и увеличения количества железных дорог основным вопросом оставалась ширина колеи (расстояние между внутренними краями рельс). В конце концов, в большинстве стран мира была принята нормальная ширина колеи в 1435 мм, позволяющая сообщаться поездам. В северо-восточных частях Великобритании рельсы строились с шириной колеи в 1422 мм, а в Шотландии ее ширина составляла 1372 мм (Шотландская колея). К 1846 году в обеих странах рельсы были расширены до нормальной колеи. Некоторые области США, в основном на северо-востоке, переняли нормальную колею, так как часть поездов закупалась в Великобритании. Однако до второй половины 19 века в США и Великобритании существовали рельсы с разной шириной колеи. Постепенно американские железные дороги сошлись в одну колею, когда стали очевидны преимущества взаимозаменяемости оборудования. Разрушение во время Гражданской войны большей части широкой (1524 мм) колеи на юге страны ускорило данный процесс.
Истоки
Популярная легенда прослеживает появление ширины колеи в 1435 мм еще в угольных месторождениях северной Англии, указывая на дороги, изрытые колеями от колесниц, датированных временами Римской Империи. Эта легенда развенчана. Историческая тенденция размещения колес повозок, запряженных лошадьми, приблизительно на ширине 1524 мм вероятно происходит от ширины, необходимой для того, чтобы ломовая лошадь помещалась между оглоблями. Кроме того, в то время как дорожные транспортные средства обычно измерялись от внешнего края обода колеса (есть свидетельства, что первые железные дороги измерялись так же), стало очевидно, что для рельсовых транспортных средств лучше, чтобы гребни колеса находились внутри рельс, таким образом, расстояние между внутренними краями колес (и, как следствие, между внутренними головками рельс) стало очень важным.
Для железных дорог с лошадиной тягой нормальной колеи не существовало, но была грубая классификация: на севере Англии не уже 1219 мм. Колейная система Вилам, построенная до 1763 года, имела ширину 1524 мм, также было с железными дорогами Джона Бленкинсопа, когда старые дороги шириной в 1219 мм были перестроены для того, чтобы можно было использовать двигатель Бленкинсопа. В Бимише ширина составляла 1341 мм или 1447 мм (Биггес Мейн-Кентон-Кокслодж).
Британский пионер железных дорог Джордж Стивенсон несколько лет проработал инженером на угольных шахтах в графстве Дурхэм. Ему нравились рельсы шириной 1435 мм в Нортумберленде и Дурхэме и он использовал их в своей линии Киллингворф. Рельсы для вагонеток в Хеттон и Спрингвелле также использовали эту ширину колеи.
Железные дороги Стивенсона Стоктон Дарлингтон были построены в основном для перевозки угля из нескольких шахт вблизи Шилдона в порт Стоктон-на-Тиисе. Основная ширина колеи в 1422 мм была установлена, чтобы приспособить существующую колею для сотен угольных вагонеток, которые уже использовались на шахтах. Ее построили и использовали в течение 15 лет, прежде чем ее поменяли на ширину 1435 мм.
Начало колеи в 1435 мм
Джордж Стивенсон использовал колею шириной 1435 мм (с дополнительным сантиметром для уменьшения соединения на изгибах) для железных дорог в Ливерпуле и Манчестере, строительство которых было санкционировано в 1826 году, а открытие состоялось 30 сентября 1830 года. Успех данного проекта привел к тому, что Джорджа и его сына Роберта наняли спроектировать еще несколько крупных железнодорожных проектов. Однако, железная дорога Честер-Биркенхед, одобренная 12 июля 1837 года, была шириной 1493 мм, железная дорога Восточных Графств, одобренная 4 июля 1836 года – 1524 мм, железная дорога Лондон-Блэквол, одобренная 28 июля 1836 года – 1524 мм, железная дорога Лондон-Брайтон, одобренная 15 июля 1837 года – 1493 мм, дорога Манчестер-Бирмингем, одобренная 30 июня 1837 года, была 1493 мм, дорога Манчестер-Лидс, одобренная 4 июля 1836 года – 1493 мм, Северная и Восточная дорога, одобренная 4 июля 1836 года, была 1524 мм шириной. Дороги шириной 1493 мм должны были принимать транспортные средства для колеи в 1435 мм и являлись допустимым отклонением.
Влияние Стивенсон по всей видимости является главной причиной того, что колея шириной 1435 мм стала стандартной, и используется больше, чем любая другая.
Королевская комиссия
В Соединенном Королевстве Великобритании и Северной Ирландии Королевская комиссия высказалась в поддержку нормальной колеи. В Великобритании колея Стивенсона была выбрана в качестве стандартной из-за того, что общая длина железных дорог такой ширины была больше, чем у ее конкурента шириной 2140 мм, принятой в основном дорогой Грейт Вестерн. Последовавший за этим в 1846 году Акт о ширине колеи предписывал, чтобы все новые пассажирские железные дороги в Великобритании были построены с использованием нормальной колеи в 1435 мм, а в Ирландии – 1600 мм. Это позволило большому количеству британских компаний продолжать ремонтировать их пути и расширять свои сети в пределах отклонений и исключений, прописанных в Акте. По окончании переходного периода (пути прокладывались с тремя ходовыми рельсами) в 1892 году железная дорогая Грейт Вестерн окончательно перестроила свои пути в соответствии с нормальной шириной колеи.
Идеальная колея
Впоследствии инженеры доказали, что узкая колея далеко не идеальна: несмотря на более дешевое строительство, более узкая колея ограничивала скорость из-за сниженной устойчивости нагрузки. Более широкие колеи теоретически более устойчивы на скорости и позволяют провозить более крупные, широкие и тяжелые грузы. Согласно исследованию Isambard Kingdom Brunel, оптимальная ширина для железной дороги (та, которая изначально использовалась дорогой Грейт Вестерн) составляет 2100 мм.
Довольно сложно было определить, какая же колея является идеальной. С точки зрения дизайна, поезда могли передвигаться быстрее по заданному радиусу путей, если колея шире, так как центр тяжести поезда расположен дальше от колес, что в свою очередь снижает угол между нижней поверхностью колеса, соприкасающейся с центром тяжести, и горизонтальной. Учитывая, что радиус путей можно приспособить под скорость поезда, или скорость поезда приспособить под радиус путей, ширина колеи в некоторых случаях не так важна, как функциональная совместимость.
В мире существует много примеров использования высоких скоростей и большой массы на более узких колеях, что доказывает, что колея не так важна, как считалось раньше:
Самые тяжелые поезда в мире ходят по нормальной колее в Австралии, Северной Америке и Мавритании. Ширина колеи не является ограничивающим фактором для использования более тяжелых поездов.
Самые быстрые поезда в мире ходят по нормальной колее в Японии и Европе со скоростью более 300 км/ч.
Очень тяжелые поезда ходят по более узкой колее шириной 1067 мм в штате Квинсленд в Австралии и Южной Африке. Пути такие же прочные как и пути с нормальной шириной колеи. Эта узкая колея не сказывается на весе поездов, которые могут по ней ходить.
Довольно быстрые поезда (160 км/ч) могут ходить по путям шириной 1067 мм, как в Японии и Квинсленде.
Легкую нормальную колею можно построить на такие же средства, что и узкую.
Так же важны нагрузка колеи, конструкция колеи, осевая нагрузка, совместимость соединения, тормозная система, система электрификации, сигнальная система, радио система, а так же правила и предписания.
Благодаря тому, что мы можем оценить прошедшие события, мы видим, что строительство очень узких (914 мм) и очень широких железных дорог (2100 мм) не принесло большой пользы, кроме того, оно ограничило функциональную совместимость. Например, трудности с функциональной совместимостью привели к тому, что при переводе вагонов с одной колеи на другую использовались колейные валы и устройства для перевода вагонов.
Заметно снизить стоимость строительства железнодорожных путей могли лишь колеи значительно уже 914 мм, но лишь в гористой местности, там, где требовались линии небольшой вместимости или на промышленных железных дорогах, где не требуется сквозное хождение.
Однако можно поспорить, что изначально принятая Стивенсоном в 1830 году унифицированная колея может выполнять те же задания, что и пути шириной 900 – 2100 мм, хотя и узкая колея шириной 610 мм используется для трамвайных линий, подземных шахт, гор, строительства, временных, военных и детских железных дорог.
Когда стало очевидным преимущество взаимозаменяемости оборудования, идея стандартизации колеи стала более заманчивой. Там, где это было необязательно, до сих пор используется нестандартная колея.
Использование комбинированных перевозок
Одним из методов достижения функциональной совместимости подвижных составов – это использование комбинированных перевозок на специальных вагонах-транспортерах. Это позволяет подвижному составу достигать мастерских или других линий такой же колеи, с которыми они не связаны. Использование комбинированных перевозок возникло как временная мера между Порт Августа и Марии во время работ по перестройке путей в 50-х годах 20 века, чтобы обойти крутые уклоны в Флиндерс Рейнджес. Использование комбинированных перевозок было характерной чертой железной дороги Падарн в Северном Уэльсе.
Вагоны-транспортеры широко используются для того, чтобы перевезти подвижной состав для узкой колеи на стандартную линию. Реже, транспортные средства для нормальной колеи переводят на узкие пути, используя адаптерные подвижные составы, например, вагон-транспортер Roolbocke в Германии, Австрии и Чехии, а также молочные вагоны-транспортеры на железной дороге Лик-Мэнифолд Вэллей в Англии.