S-^S"
5 - c > 2 _
B U D O W A K O L E I Ż E L A Z N Y C H
I n ż . Dr. KAROL WĄTOREK
P R O F E S O R P O L IT E C H N IK I L W O W S K IE J
-iJ
ę - o Z .
B U D O W A
KOLEI Ż E L A Z N Y C H
T O M P I E R W S Z Y
Z 315 R Y S U N K A M I
W A R S Z A W A 1 9 2 4
W s z e l k i e p r a w a z a s t r z e ż o n e .
Zakłady graficzne In sty tu tu W ydaw niczego „ B ib ljo te k a P o ls k a “ w B ydgoszczy.
P R Z E D M O IV A.
N a treść niniejszej książki złożyły się- moje wykłady w Politechnice Lwowskiej z nieznacznem uzupełnieniem.
Obszar i układ przedmiotu dobrałem odpowiednio do cełu, jakim jest dostarczenie studentom wyższych uczełni technicznych, oraz in ży
nierom kolejowym podręcznika polskiego, którego brak odczuwają do
tkliwie, zwłaszcza wobec wyczerpania nakładu dzieła Profesora Politech
n iki Warszawskiej Inż. Aleksandra Wasiutyńskiego p. t. ,,Drogi żelazne".
P rzy pisaniu tekstu napotkałem na pewne trudności głównie z dwóch powodów.
Z chwilą powstania Państwa Polskiego podjęło Ministerstwo kolei żelaznych pracę nad ujednostajnieniem kolejnictwa polskiego. W dzie
dzinie projektowania i budowy pojawił się dotychczas szereg rozporzą
dzeń, jednak wiele spraw oczekuje jeszcze załatwienia i z konieczności m usim y jeszcze posługiwać się postanowieniami państw zaborczych, które często bardzo różnią się między sobą. Przedstawienie całokształtu po
stępowania, obowiązującego przy projektowaniu i budowie kolei, spra
wiało m i sporo trudności i wymagało niejednokrotnie przeróbki gotowych już ustępów w miarę, jak pojawiały się nowe przepisy.
Drugą trudność stanowiło słownictwo, dotychczas niestety zupełnie nieustalone. Politechnika Lwowska była przez szereg lat jedyną wyższą uczelnią techniczną, w której wykład o budowie kolei żelaznych odbywał się w języku polskim, a długoletni profesor tego przedmiotu i wybitny uczony śp. Karol Skibiński dokładał usilnych starań, by powszechnie panującą nomenklaturę niemiecką zastąpić wyrazami polskiemi i trzeba przyznać, że zdziałał tu bardzo wiele. Opierając się na słownictwie, wprowadzonem przez Niego w wykładach, starałem się uzupełnić je i ewentualnie zmienić tam, gdzie pojawiły się wyrażenia trafniejsze, a zgodne z duchem języka. N ie roszcząc sobie pretensyj do nieomylności, poddaję słownictwo, wprowadzone' w mej książce, światłej ocenie czytel
ników i będę bardzo szczęśliwy, jeśli drugie wydanie zawierać będzie mogło terminologję uzgodnioną i powszechnie przyjętą.
V I P R Z E D M O W A
W książce mojej pominąłem dział o ubezpieczeniu ruchu pociągów, gdyż obejmuje on urządzenia mechaniczne, projektowane i wykonywane zawsze przez inżyniera maszynowego. Niektóre niezbędne uwagi z tego działu, wykładanego w Politechnice naszej od dawna jako oddzielny przedmiot, pomieściłem w toku wykładu.
Wkońcu spełniam m iły obowiązek serdecznego podziękowania kon
struktorowi mej katedry p. inż. Adamowi Stronczak-Miłaszewskiemu i asystentom p. p. inż. Stanisławowi Hauptowi i inż. Stanisławowi Słot- wińskiemu za pomoc przy sporządzaniu rysunków, a Koledze Prof.
Zygmuntowi Sochackiemu za przejrzenie rękopisu I rozdziału. Osobne podziękowanie składam Szanownemu Instytutowi Wydawniczemu ,,B i- bljoteka Polska“ za staranne wydanie mej książki, zaś Dyrektorowi Instytutu J. W. P. Prof. Tadeuszowi P iniem u dziękuję w szczególności za życzliwe zajęcie się wydawnictwem i troskliwą nad niem opiekę.
We Lwowie, w październiku 1923.
AU TO R .
TREŚĆ TOMU PIERWSZEGO.
P R Z E D M O W A .
S P I S L I T E R A T U R Y . S(f-
W S T Ę P ... j R o zd zia ł I. Z A R Y S U S T R O J U P O J A Z D Ó W K O L E J O W Y C H . H I S T O
R Y C Z N Y R O Z W Ó J K O L E I Ż E L A Z N Y C H .
1. Z asad y ustroju now oczesnej lo k o m o ty w y p a r o w e j ... 7
2. Siła p o c i ą g o w a ... 11
a) Określenie s iły pociągowej pod ług ciężaru adh ezyjnego . . . . 12
b) Określenie siły pociągow ej pod ług dzielności m a sz y n y parowej . 13 c) O kreślenie w y d ajn ości k otła pod ług w ym agan ej siły pociągowej . 16 3. H is to ry c z n y rozwój p a r o w o z u ...18
4. R u c h y szk od liw e p a r o w o z u ...27
5. Rozwój w ozów k o l e j o w y c h ... 33
6. Zestaw ianie p o c i ą g ó w ... 35
7. Rozwój toru kolejow ego ... 38
R o zd ział II . O P O R Y R U C H U . 8. W sp ółczy n n ik oporu ruchu na torze p ro sty m i p ozio m y m . . . . 43
9. Źródła oporów r u c h u ... 44
10. W p ły w sp adk u n a w ielk ość o p o r ó w ... 47
11. M etod y pom iaru o p o r ó w ...48
12. N iektóre w zory dla w sp ółczyn n ik a oporu w0 ...54*
13. W p ły w krzyw izn na w ielk ość o p o r ó w ... 56
14. O pory ruchu p rzy ch yżości zm iennej . . . . ' ... 37
R o zd ział I I I . S P A D K I K O L E I A D H E Z Y J N Y C H . 15. U w a g i w s t ę p n e ... 61
16. Sp adk i n a j w i ę k s z e ...63
17. Sp adek m i a r o d a j n y ...65
18. Sp adk i p ok on y w a n e rozpędem p o c i ą g u ... 66
19. Spadki n i e s z k o d l i w e ... 68
20. Spadk i s t r a c o n e ...70
21. Spadk i s t a c y j n e ...7 2 22. Z ałom y s p a d k ó w ...73
23. R ozk ład sp ad k ów m ięd zy s t a c j a m i ... 76
24. Sp adek r ó w n o m i e r n y ... 78
25. Z m niejszenie sp ad k u w t u n e l a c h ...79
26. L inja o sta ły m o p o r z e ... 79
V I I I T R E Ś Ć
Str.
Rozdział IV . K R Z Y W I Z N Y .
27. U w agi w s t ę p n e ... 83
28. R u ch pojazdów kolejow ych w łuk ach ... 83
29. P rz y cz y n y zw iększonego zu życia szyn i kół podczas ja z d y w łukach 87 30. R u ch pociągu w ł u k u ...88
31. R u ch w ozów trójosiow ych w ł u k u ... 89
32. U rządzenia ułatw iające przejazd pojazdów przez ł u k i ... 91
a) Osie z w r o t n e ... 91
b) P odw ozia r u c h o m e ... 93
33. Poszerzenie toru . . . 95
34. N ajm n iejsze prom ienie ł u k ó w ... 99
35. Przechyłka t o r u ... 102
36. K rzyw e p r z e j ś c io w e ... 106
37. W łączenie krzywej przejściowej w tor istn iejący, u ło ż o n y bez ty c h krzyw ych . . . . : ...• ...115
38. N ow sza k rzyw a p r z e j ś c i o w a ... 116
39. Ł uk i k o s z o w e ... . . 1 2 1 40. Ł uk i o m ałych k ątach środkow ych . . . ... 122
41. Proste m ięd zy łuk am i ... 123
Rozdział V. B U D O W A T O R U KOLEJOWEGO. 42. Części składow e n a w ie r z c h n i...126
43. S z y n a ... 127
A) Materjał i sposób f a b r y k a c j i ... 127
B) D ługość s z y n y ... 129
C) Gięcie s z y n ... 132
D) K ształt przekroju s z y n y ...133
E) Ciężar s z y n y ... 138
F) T ab ela w ym iarów przekroju s z y n y ... 138
44. U łożen ie osi pojazdu w torze p rostym . . . ... 140
45. Poprzeczne p o ch ylen ie szyn w torze ... 141
46. Podkład pop rzeczny d r e w n i a n y ... 141
A) M a t e r j a ł ...141
B) Im pregnow anie p o d k ł a d ó w ... 142
C) W y m ia n y podkładów . . . ...146
D) R ozkład podkładów pod s z y n a m i ... 148
47. N aw ierzchn ia drew niana ... 148
1. N aw ierzchn ia poprzeczna z szyną s z e r o k o s t o p o w ą ... . 149
2. N aw ierzchnia poprzeczna z szyn ą s t o ł e c z k o w ą ...155
3. Porów nanie naw ierzchni z szy n ą szerok ostopow ą i stołeczkow ą . 157 48. D yb low an ie podkładów d r e w n i a n y c h ... 158
49. P o d k ład y ż e l a z n o - b e t o n o w e ... 159
50. N aw ierzchnia ż e l a z n a ... 160
1. N aw ierzchnia na podporach o d o s o b n io n y c h ... 161
2. N aw ierzchnia p o p r z e c z n a ... 161
3. N aw ierzchnia p o d ł u ż n a ...172
51. Złącze s t y k o w e ... 176
52. Migracja t o r u ... 193
1
T R E Ś Ć I X
Sir.
53. Podłoże ż w i r o w e ...* ... ig g A) Materjał p o d ł o ż a ... jg g B) W ym ia ry p o d ł o ż a ... ...
C) Szerokość korony p o d t o r z a ...202
54. U k ład an ie t o r u ... 206
55. U trzym an ie t o r u ... 1. D ozór i ochrona toru ...212
2. N ap raw a d r o b n a ... ... 3. N ap raw a g ł ó w n a ...216
4. R ozkład robót przy napraw ie toru zależnie od pór roku . . . . 220
5. K oszta utrzym an ia t o r u ... 220
6. Zawieje śnieżne i urządzenia zapobiegające zaw ianiu toru . . . 2 2 1 R ozdział V I. W Y T R Z Y M A Ł O Ś Ć T O R U KOLEJOWEGO. 56. Pojęcia w s t ę p n e ... 228
I. O b r a c h o w a n i e n a w i e r z c h n i p o d ł u ż n e j . 57. N aw ierzchn ia p od łużna p od działaniem sił p i o n o w y c h ...231
58. N aw ierzchn ia pod łużna pod działan iem sił poziom ych . . * . . . . 242
59. P rzykład ... 24& II. O b r a c h o w a n i e n a w i e r z c h n i p o p r z e c z n e j . 60. N aw ierzchn ia poprzeczna pod w p ły w em sił p i o n o w y c h ...247
A) W y trzy m a ło ść pod kładu i podłoża; ugięcie p o d k ł a d u ... 248
B) W ytrzym ałość s z y n y ... 254
61. N aw ierzchn ia poprzeczna pod działaniem sił p o z i o m y c h ... 267
62. P rzykład ... 269
63. O kreślenie rzeczy w isty ch odk ształceń i natężeń toru kolejow ego . . 270
64. N o w sż e teorje w ytrzy m a ło ści s z y n y w naw ierzchni poprzecznej . . 278
1. Teorja F r a n c k e g o ...278
2. Teorja S k i b i ń s k i e g o ... 282
65. Obrachowanie złącza s t y k o w e g o ... 285
A) W p ły w sił p ion o w y ch n a złącze sty k o w e ...285
BJ W p ły w sił p o zio m y ch n a złącze sty k o w e ...293
C) P r z y k ł a d ... 293
R ozd ział V II. O B R A C H O W A N I E P O Ł Ą C Z E Ń TOR Ó W. I. R o z j a z d y . 66. U k ład rozjazdu ... 297
67. O brachowanie zw ro tn icy ... 300
1. Z w rotnica z zakrzyw ion ą iglicą z e w n ę t r z n ą ... 300
2. Z w rotnica z p rostem i i g l i c a m i ... 307
3. Zwrotnica z iglicą zew nętrzną częścią prostą a częścią zakrzyw ioną 308 68. O brachow anie k r z y ż o w n i c y ... . 309
69. O brachowanie rozjazdu p r o s t e g o ... 310
70. U łożen ie rozjazdu z ca łych s z y n ... 315
71. Sch em at rozjazdu p r o s t e g o ... 317
72. Obrachowanie rozjazdów ł u k o w y c h ... 319
73. R ozjazd łu k o w y j e d n o s t r o n n y ...320
74. R ozjazd łu k o w y d w u stron n y ... 324
75. R ozjazd s y m e t r y c z n y ... 326
X T R E Ś Ć
Str.
II. S k u p i e n i a r o z j a z d ó w .
76. U k ła d y s k u p i e ń ... 33°
77. Obrachowanie skupienia jednostronnego ... 331
78. Obrachowanie skupienia d w u s t r o n n e g o ...33^
79. Rozjazd p o d w ó j n y ...34°
III. S k r z y ż o w a n i a . 80. Skrzyżowanie p rostych t o r ó w ...342
81. R ozjazd a n g i e ls k i ... 343
82. R ozjazd angielski s k r ó c o n y ... 34^
IV . R o z g a ł ę z i e n i a i p o ł ą c z e n i a p r o s t y c h t o r ó w . 83. R ozgałęzienia dw óch torów r ó w n o l e g ł y c h ... 3 5 2 84. Drogi zw rotnicze p r o s t e ... 357
85. Drogi zw rotnicze w i e l o b o c z n e ... 3^3 86. Rozgałęzienia torów z b i e ż n y c h ... 3^7 87. Połączenia torów r ó w n o le g ły c h ... 37°
88. Połączen ia torów z b i e ż n y c h ... 3 7 2 89. Skupienia t o r ó w ...375
90. P ołączenia torów c z t e r o s z y n o w y c h ... 37^
V. R o z g a ł ę z i e n i a i p o ł ą c z e n i a t o r ó w ł u k o w y c h w s p ó ł - ś r o d k o w y c h . 91. W łożenie prostego rozjazdu w tor ł u k o w y ...382
92. W łożenie rozjazdu łukow ego w tor ł u k o w y ... 383
93. R ozgałęzienia torów w s p ó ł ś r o d k o w y c h ... 386
94. Połączenia torów w s p ó łś r o d k o w y c h ... 391
Rozdział V I II K O N S T R U K C J A P O Ł Ą C Z E Ń TO R Ó W I. R o z j' a z d y. 95. U w agi o g ó l n e ...393
96. Z w r o t n i c a ...394
97. Obróbka ostrza i g l i c y ... 395
98. Osada i g l i c y ... 398
99. U łożenie ig lic y na podkładach p o ś r e d n ic h ... 405
100. Połączenie ig lic w zw rotn icy ...407
101. Przyrząd z w r o t n i c z y ... 408
102. Zwrotnica z iglicam i s p r ę ż y s t e m i... 410
103. Urządzenia zabezpieczające d om yk anie i g l i c ...412
104. K rzyżow nica z w y k ł a ...414
105. K ierownica ... 420
106. R ozkład podkładów i szyn w rozjeid zie p r o s t y m ...420
II. S k r z y ż o w a n i a . 107. K rzyżow nica s y m e t r y c z n a ... 422
108. Skrzyżow ania pod w ielk im k ą t e m ...426
109. Rozjazd a n g ie ls k i ...427
II I. O b r o t n i c e i p r z e s u w n i e e. n o . Ustrój o b r o t n i c y ... 43°
111. U k ła d y torów przy zastosow aniu o b r o t n i c y ...436 112. P r z e s u w n i c e ...* ... 4 4 2
S P I S L I T E R A T U R Y . * )
I. DZIEŁA OGÓLNE.
Roll. Encyklopädie des Eisenbahnwesens. 2. Auflage. 1912—1923.
Förster. Taschenbuch für Bauingenieure. 4. Auflage. Berlin 1921.
Wasiutyński. Drogi żelazne. Warszawa 1910.
Troskę. Allgemeine Eisenbahnkunde. Technischer Teil. Lipsk 1908.
Tschertou. Der Eisenbahnbau. Wiesbaden 1908.
Schau. Der Eisenbahnbau. Lipsk i Berlin 1914 i 1919.
Birk. Der Wegebau. Lipsk i Wiedeń 1915.
Esselhorn. Lehrbuch des Tiefbaues. I. Band. Lipsk 1922.
Deharme. Chemins de fer superstructure. Paryż 1890.
Goschler. Traité pratique de l’etablissement, de l’entretien et de l’exploi
tation des chemins de fer. Paryż 1894.
Technische Vereinbarungen über den Bau und die Betriebseinrichtungen der Haupt- und Nebeneisenbahnen. Berlin 1909.
Grundzüge für den Bau und die Betriebseinrichtungen der Lokalbahnen.
Berlin 1909.
Przepisy techniczne projektowania i budowy kolei żelaznych użyteczności publicznej znaczenia ogólnego. Dziennik urzędowy Ministerstwa kolei żelaznych Nr. 10 z r. 1923.
Przepisy techniczne o budowie i eksploatacji silnikowych kolei żelaznych normalnotorowych III. rzędu (dojazdowych i miejscowych) i wąsko
torowych użytku publicznego. Warszawa 1920.
O österreichischer Ingenieur- und Architekten-Kalender. Wiedeń 1918.
Hütte. Des Ingenieurs Taschenbuch. Berlin 1922.
2. DZIEŁA I PRACE SPECJALNE.
D o r o z d z i a ł u I i JI.
Gostkowski. Die Mechanik des Zugsverkehrs. Wiedeń 1891.
Geschichte der Eisenbahnen der oesterr.-ung. Monarchie. Wiedeń 1898—1908.
Steiner. Bilder aus der Geschichte des Verkehrs. Praga 1880.
Skibiński. Komunikacje. Część pierwsza: Drogi i koleje. Lwów 1897.
Handbuch der Ingenieurwissenschaften. V. Band. 1. Abteilung. Einleitung und Allgemeines. Bahn und Fahrzeug. Lipsk 1897.
Die Eisenbahntechnik der Gegenwart. I. Band. 1. Abschnitt. 1. Teil. Die Lokomotiven. Wiesbaden 1903. 2. Teil. Die Wagen. Wiesbaden 1910.
Hinnenthal. Eisenbahnfahrzeuge. Sammlung Göschen. Lipsk 1910.
Hruschka. Grundlagen der Zugförderung beim elektrischen Betriebe der oesterr. Staatsbahnen. München 1912.
*) W podanym spisie lite ra tu ry wymienione są wyłącznie dzieła, prace i czasopisma, przejrzane przez autora i uwzględnione przy pisaniu tekstu.
X I I S P I S L I T E R A T U R Y
D o r o z d z i a ł u III i IV.
Launhardt. Teorie des Trassierens. Heft II. Die technische Trassierung der Eisenbahnen. Hannover 1888.
Handbuch der Ingenieurwissenschaften. V. Band. 1. Abteilung. Ein
leitung und .Allgemeines. Bahn und Fahrzeug. Lipsk 1897.
Skibiński. Tyczenie tras. Lwów 1909.
Sitnon. Stellung von Eisenbahnfahrzeugen in Bogengleisen. Wiesbaden 1909.
Hoening. Die Bedingungen ruhigen Laufs von Drehgestellwagen für Schnell
züge. Berlin 1910.
D o r o z d z i a ł u V i VI.
Handbuch der Ingenieurwissenschaften. V. Teil. II. Band. Berechnung, Konstruktion, Ausführung imd Unterhaltung des Oberbaues. Lipsk 1906.
Die Eisenbahntechnik der Gegenwart. II. Band. 2. Abschnitt. Oberbau und Gleisverbindungen. Wiesbaden 1908.
Die Eisenbahntechnik der Gegenwart. III. Band. 1. Hälfte. Die Unter
haltung der Eisenbahnen. Wiesbaden 1901.
Tolkmitt-Guth. Bauaufsicht und Bauausfühiung. Berlin 1908.
Der Bahnmeister im Dienste der oestrr. Eisenbahnen. Wiedeń 1903.
Schubert. Schutz der Eisenbahnen gegen Schneeverwehungen und Lavinen.
Lipsk 1903.
Krüger. Nawierzchnia dróg żelaznych. Lwów—Poznań 1923.
Haarmann. Fünf Jahre Starkstossoberbau. Osnabrück 1906.
Bloss. Das Eisenbahngleis auf starrem Unterbau. Drezno 1912.
Birk. Die Holzschwelle. Halle 1917.
Zimmermann. Die Berechnung des Eisenbahnoberbaues. Berlin 188S.
Wasiutyński. Déformations momentanées de la voie. Bruxelles 1898.
Skibiński. Teorja wytrzymałości nawierzchni kolejowej. Lwów 1906.
Wat orek. Nawierzchnia poprzeczna pod działaniem sił pionowych. Cza
sopismo techniczne. Lwów 1908.
Salier. Stosswdrkungen an Tragwerken und am Oberbau im Eisenbahn
betriebe. Wiesbaden 1910.
Buchwald. Die Berechnung von Strassenbahn- und anderen Schwellen
schienen. Berlin 1913.
Skibiński. Über Schienenstossverbindungen. Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens. 2. Heft. 1913. ,
Skibiński. Teoretische Untersuchung der Schienenstossverbindung. Oesterr.
Wochenschrift für den oeff. Baudienst. Heft 11 i 12 vom 1913.
Skibiński. O wytrzymałości toru kolejowego. Lwów 1921.
D o r o z d z i a ł u VII i VIII.
Handbuch der Ingenieurwissenschaften. V. Band. 3. Abteilung. Gleis
verbindungen. Lipsk 1908.
Die Eisenbahntechnik der Gegenwart. II. Band. 2. Abschnitt. Oberbau und Gleisverbindungen. Wiesbaden 1908.
Skibiński. Połączenia torów. Lwów 1897.
Timpenfeld. Weichen und Gleisverbindungen. Lipsk 1904.
Ziegler. Weichenverbindungen. Erfurt 1902.
Watorek. Połączenia torów czteroszynowych. Lwów 1906.
S P I S L I T E R A T U R Y X I I I
Oesterreichische Staatsbahnen. Normalkonstruktionen für den Oberbau.
Wiedeń 1908.
Baseler. Verkürzte Kreuzungsweichen. Zeitung des Vereins deutscher Eisenbahnverwaltungen Nr. 85 und 86 vom J. 1918.
3. CZASOPISMA.
Czasopismo techniczne. Organ Ministerstwa robót publicznych i Polskiego Towarzystwa Politechnicznego we Lwowie.
Przegląd techniczny. Tygodnik poświęcony sprawom techniki i przemysłu.
Warszawa.
Wiadomości techniczne. Organ stowarzyszenia inżynierów i architektów w Poznaniu.
Archiv für Eisenbahnwesen. Berlin.
Bulletin des internationalen Eisenbahnkongress-Verbandes. Bruksela.
Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens in technischer Beziehung.
Wiesbaden.
Schweizerische Bauzeitung. Zurych.
Wochenschrift für den oeffentliehen Baudienst. Wiedeń.
Zeitschrift des oest. Ingenieur- und Architekten-Vereins. Wiedeń.
Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure. Berlin.
Zeitschrift für Kleinbahmem. Berlin.
Zeitschrift für Transportwesen und Strassenbau (od r. 1919 zmieniono tytuł na „Verkehrstechnik“).
La Revue technique et les annales des travaux publics et des chemins de fer.
Paryż.
Wiadomości stałej delegacji polskich zrzeszeń technicznych. Warszawa.
p o l i t e c h n i k i
W S T Ę P .
C harakterystyczną cechę kolei żelaznych, odróżniającą je od dróg zwykłych, stanowią: tor i lokomotywa.
Podczas gdy na drodze zwykłej może wóz poruszać się swobodnie na całej jej szerokości, m am y na kolei żelaznej ruch pojazdów ściśle związany z dwoma zazwyczaj pasm am i szyn, umieszczonemi na od
powiedniej podstawie, czyli z torem kolejowym.
Użycie to ru znane było już na długi czas przed wprowadzeniem mechanicznej siły pociągowej, jednak rozwój kolei żelaznych rozpoczął się dopiero z chwilą zastosowania m aszyny parowej, jako źródła siły pociągowej lokomotywy, przy równoczesnem związaniu tejże z torem szynowym.
Szybkość rozwoju kolei żelaznych charakteryzują następujące dane statystyczne.
Długość wszystkich linij kolejowych wynosiła w kilometrach:
w r. 1835 1845 1855 1865 1875
E u r o p a ... 673 8.235 34.185 75.882 142.494 A m eryk a... 1.282 7.683 32.417 62.534 134.098 A / . j a ... - - 350 5.489 11.332 A f r y k a ... — — 144 755 2.576 A u s t r a l j a ... — — 38 825 3.738 R azem . . . 1.955 15.918 67.134 145.485 294.238
w r. 1885 1895 1905 1910 1913 1920
Europa 195.833 251.421 309.805 333.848 346.235 379.847
A m e r y k a ... 249.246 370.370 460.196 526.382 570.108 611.722
A z j a 22.285 43.375 81.421 101.916 108.147 119.185
A f r y k a 7.032 13.147 26.210 36.854 44.309 51.881
A u s t r a l j a ... ... . 12.947 22.318 28.069 31.014 35.418 38.071 R azem . . . 487.343 700.631 905.701 1.030.014 1. 104.217 1.200.706
Z długości kolei europejskich w r. 1920 przypada na poszczególne państw 'a:
Budowa kolei żelaznych. — T. I. 1
2 W S T Ę P
Niemcy 58148 km, Anglja 39 262 km, Francja 53 561 km, Rosja 65 780 km, W iochy 20118 km, Polska 20158 km, C z e c h o
słow acja 13 644 km, Belgja 11 093 km, Hiszpanja i P o r t u g a l j a
18643 km, Rum unja 11678 km, A ustrja 6326 km, W ęgry 7052 km, Szwecja 15 061 km, inne państw a 39 323 km.
Długość kolei w Stanach Zjednoczonych Am eryki Północnej wynosiła w tymże roku 426 522 km.
Państwo Polskie odziedziczyło po państw ach zaborczych n a s tę pującą długość kolei: po Niemczech 4228 km, po Austrji 4 357 km, po Rosji 7 362 km, razem 15 947 km.
Z końcem 1922 r. znajdowało się na obszarze P a ń s tw a Pol
skiego kolei istniejących w budowie razem
norm alnotorow ych 16 612 297 16 909 km
wąskotorowych użyt. pub], . . 3 546 201 3 747 >>
wąskotorowych „ p ry w., 859 261 1 120 „ Razem . • 21 017 759 21776 km Powyższemi cyframi nie są objęte drugie to ry linij dwutorowych, tory stacyjne dodatkowe i bocznice.
Na kolejach świata kursowało przed w ojną około 160 000 lo
komotyw, 300 000 wagonów osobowych i ponad 4 m iljony w ago
nów towarowych. Roczny ruch na tychże kolejach wynosił 5000 miljonów osób i 3000 miljonów to n n towarów, zatem dziennie prze
woziły koleje na całej kuli ziemskiej przeciętnie 14 miljonów osób i 8 miljonów tonn towarów. Koszt budowy wszystkich kolei w y
nosił do r. 1910 okrągło 227 miljardów m arek niemieckich.
Wprowadzenie ruchu kolejowego wywarło olbrzymi wpływ na ukształtowanie się życia społecznego, a najważniejsze przejawy tego
■wpływai są:
1) wyrównanie płac robotników; 2) zmniejszenie kosztów po
średnictwa handlowego i przemysłowego, spowodowane bezpośredniem zetknięciem się wytwórcy z konsum entem ; 3) regulacja cen i rozsze
rzenie rynków zbytu; 4) pow itanie targów światowych, ta k ważnych zwłaszcza dla rolnictwa; 5) rozwój wielkich środowisk z powodu łatw o
ści zaopatrywania w środki żywności; 6) podniesienie dobrobytu klas- pracujących; 7) oddziaływanie kulturalne, objawiające się wyrówny
waniem różnic w mowie i obyczajach, w uprzystępnieniu nauki i sztuki, w podniesieniu oświaty i higjeny i t. p.; 8) rozwój i tworzenie nowych gałęzi przemysłu; 9) rozwój poczt; 10) ogromne zwiększenie możności i środków obrony państwowej przy rów'noczesnem wzmocnieniu władzy.
W S T Ę P 3
Wyższość kolei żelaznych nad drogami leży w zdolności przewozu wielkich m as z wielkiemi chyżościami, w taniości tegoż przewozu przy równoczesnej wygodzie, oraz w prawidłowości i bezpieczeństwie ruchu.
W spółczynnik oporu ruchu na drodze dobrze utrzym anej, wy
nosi średnio 0,03, zaś na starannie utrzym anym torze kolei głównej spada prawie do 0,003, zatem na kolei możemy tą samą silą pociągową przewieźć około 10 razy większy ciężar, n 'ż na drodze. Jeśli jeszcze zastąpim y słaby stosunkowo m otor żywy nieporównanie silniejszą lokomotywą, zdolną do rozwinięcia wielkiej chyżości, to zrozumiemy, dlaczego wielki ruch osobowy i towarowy przeniósł się ta k szybko z dróg na koleje.
Xa drogach poruszają się pojazdy należące do podróżującego, zaś na kolejach cały tab o r stanowi własność jednolicie prowadzonego zarządu, w którego rękach spoczywa ruch, więc oczywiście prawidło
wość i bezpieczeństwo ruchu są na kolejach nieporównanie wyższe.
S tatystyka wykazuje, że bezpieczeństwo ruchu zwiększyło się po wybudowaniu kolei żelaznych kilkanaście razy i wzrasta stale, dzięki udoskonalaniu urządzeń sygnalizacyjnych.
Obraz bezpieczeństwa ruchu przedstawia przejrzyście następu
jące zestawienie:
Xa 10 miljonów pociągo-kilometrów
Ilo ść w y p a d k ó w kolejow ych Ilość w yp ad k ów z pasażeram i Rok N ie m c y Austrja Francja N ie m cy A ustrja Anglja Francja Am eryka
I9OO 73 I I 4 80 8 6 28 6 75
I90X 63 115 49 5 10 25 8 87
1902 61 IOI 45 6 8 28 12 108
1903 55 95 37 5 9 30 4 123
1904 60 IOI 36 5 9 30 8 133
1905 61 107 37 5 18 28 4 149
1906 61 149 39 6 23 29 11 139
I907 63 161 42 7 28 29 10 156
1908 53 166 38 5 2 5 27 10 134
Obrazow'0 można wielkość bezpieczeństwa ruchu przedstawić w ten sposób, że podróżny jadący na kolejach rosyjskich (w okresie przedwojennym) bez wysiadania z pociągu z chyżością 50 km/ g po
winien liczyć się z prawdopodobieństwem kalectwa lub śmierci po 75 latach takiej jazdy.
Xa ulicach Londynu ginie corocznie 7 do 8 razy więcej ludzi, niż na wszystkich kolejach angielskich.
1 *
4 W S T Ę P
Ze wzrostem sieci kolejowej różniczkowały się coraz bardziej charakter i cele poszczególnych linij i w związku z tem sposób wyko
nania budowy i urządzenia ruchu, to też obecnie należy p r z e p r o w a d z i ć
podział kolei żelaznych na grupy, z którem i w dalszym ciągu s p o t y k a ć
się będziemy.
Podziału tego dokonać można z różnych punktów widzenia i t a k .
1. Ze względu na siłę poruszającą rozróżniamy koleje, na których a) źródło siły porusza się razem z pociągiem i może być
a) siłą ludzką lub zwierzęcą,
p) silą mechaniczną dostarczaną przez parę, ściśnione po
wietrze, gaz, elektryczność i t. p.
b) źródło siły jest ustalone w jednem, lub kilku miejscach.
2. Z uwagi na położenie pojazdów wzgłędem toru i sposób ich ruchu ' po torze rozróżniam y:
a) koleje, na k tórych pojazdy toczą się ponad torem, przyczem to r posiada dwie, trzy lub jedną szynę. Tory dwuszy- nowe posiadają obie szyny gładkie i takie koleje nazy
wamy adhezyjnemi; w to rach trój szynowych znajduje się obok dwóch szyn gładkich trzecia szyna zębata i wówczas mam y do czynienia z koleją zębatą. Tor jednoszynowy znalazł zasto
sowanie w system ach Brennana i Scherla przy użyciu w iru
jącego bąka dla utrzym ania pojazdu w równowadze.
b) koleje, na których pojazdy zwisają pod torem i tu należą koleje wiszące p a te n tu Langena i koleje linowe z j edną lub dwiema linam i.
3. Ze względu na teren rozróżniamy koleje nizinne, podgórskie i górskie. Podział ten charakteryzują największe stosowane spadki 5%o> 100/ 00 i 25°/00, o ile chodzi o koleje główne pierwszo
rzędne.
4. Ze względu na szerokość toru rozróżniamy koleje normalnotorowe, na których szerokość toru, mierzona w prześwicie (między wewnętrznemi krawędziami główek szyn), wynosi w prostych 1435 koleje szerokotorowe o szerokości to ru większej od nor
malnej i koleje wąskotorowe, dla których ogólnie stosowane sze
rokości to ru wynoszą 1000 m/ m, 750 i 600
5. Ze względu na ilość torów rozróżniamy koleje jedno-, dwu- i wię
cej torowe.
6. Ze względu na ważność kolei rozróżniamy koleje znaczenia ogólnego (główne) pierwszo- i drugorzędne, oraz koleje znaczenia miejscowego (lokalne).
7. Ze względu na rodzaj ruchu rozróżniamy koleje użyteczności pu-
W S T Ę P 5
blicznej, prowadzące zazwyczaj ruch osobowy i towarowy, oraz koleje prywatne, jak to ry przemysłowe, koleje polowe, leśne, kopalniane i t. p., prowadzące zwykle wyłącznie ruch towarowy.
8. Z uwagi na położenie względem terenu rozróżniamy koleje terenowe, nadziemne i podziemne.
Pomimo tej wielostronności, wynikającej chociażby tylko z po
wyższego podziału, doszło obecnie kolejnictwo do znacznego stopnia ujednostajniem a, a to dzięki wspólnym interesom i celom, do jakich służy.
Przedewszystkiem wspomnieć tu należy o Związku niemieckich zarządów kolejowych, do którego przystąpiły i do chwili podpisania T ra k ta tu Wersalskiego formalnie należały wszystkie koleje niemieckie, austrjackie, węgierskie, belgijskie, luksemburskie, rumuńskie, niektóre holenderskie i kolej Warszawsko-Wiedeńska. Długość linij kolejowych, objętych Związkiem, wynosiła z końcem 1909 roku 105 450 km.
Zadaniem Związku, określonem w statucie, było popieranie inte
resów własnych i interesów publiczności, a to zapomocą narad dele
gatów’ poszczególnych zarządów kolejowych i wspólnego postępowania tychże zarządów zgodnie z powziętemi uchwrałami.
Prócz tego jednym z celów Związku było popieranie rozwoju umiejętności kolejowych przez rozpisywanie konkursów na wynalazki i prace naukowe i nagradzanie tychże.
Zarząd Związku obejmował szereg wydziałów, jak np. wydział dla ruchu osobowego i towarowego, wydział statystyczny, wydział wza
jemnej używalności w'ozów, wydział techniczny i t. p.
Dla inżynierów budowy najważniejszy jest wydział techniczny, którego zadaniem było dążenie do ułatwienia wzajemnego ruchu na kolejach związkowych i do zwiększenia bezpieczeństwa ruchu drogą ujednostajnienia urządzeń technicznych.
Dla osiągnięcia tego celu wydał Związek dwa dziełka, a miano
wicie:
1. Norm y techniczne dla budowy i urządzeń ruchowych kolei głównych i pobocznych.
2. Zasady budowy i urządzeń ruchowych kolei lokalnych, oraz cały szereg cennych publikacyj, jak:
3. Zbiór konstrukcyj mostów kolejowych.
4. Zbiór konstrukcyj nawierzchni.
5. Zbiór planów stacyj kolejowych.
6. Doświadczenia z kolejami miejskiemi i zębatemi.
7. Nowe konstrukcje parowozów i wozów’.
8. Własności żelaza i stali.
6 W S T Ę P
9- S tatystyka złam ań obręczy i osi kół, oraz zużycia szyn.
10. Próby hamulców autom atycznych przy pociągach towarowych.
11. Regulamin ruchu i wiele innych.
Najnowsze wydanie szczególnie nas interesujących dwóch pierw
szych dziełek nastąpiło w r. 1909.
Dziełka te, z których pierwsze nadal nazywać będziemy ,f o r mami Związku“ (N. Z.) a drugie ,,Zasadami Związku“ (Z. Z.), zawierają w szeregu paragrafów najważniejsze postanowienia, dotyczące budowy toru i pojazdów^ kolejowych. Postanowienia te dzielą się na obowią
zujące wszystkie zarządy kolejowe, należące do związku i na po sta
nowienia zalecone.
Nie przesądzając formy, jaką przybierze przyszły m iędzypań
stw o w y związek kolei E uropy środkowej 1 zachodniej/należy stwierdzić, iż związek taki jest koniecznością, jeśli rozwój kom unikacji między
narodowej nie ma napotkać trudności.
W ymienione wyżej norm y wrzględnie zasady związku są owocem wielkiej pracy najwybitniejszych znawców kolejnictwa i powinny być dobrze znane każdem u inżynierowi kolejowemu.
Z niektórem i ważniej szemi postanowieniami zawartem i w tych dziełkach, a interesującemu inżyniera budowy, zapoznam y się w ni
niejszej książce.
Oprócz wymienionego Związku czynne były przed wojną:
1. Europejskie konferencje, dotyczące dostaw y wagonów i roz
kładów jazdy;
2. Międzynarodowy kom itet transportow y w Bemie szwajcar- skiem;
3. Międzynarodowy Związek kongresowy z siedzibą w Brukseli, istniejący od r. 1885, do którego należały koleje całego świata.
Polskie Ministerstwo kolejowe, pracujące usilnie nad organizacją i ujednostajnieniem kolejnictwa polskiego, wydało w r. 1920 ,,Prze
p isy techniczne o budowie i eksploatacji silnikowych kolei żelaznych normalnotorowych I I I . rzędu (dojazdowych i miejscowych) i wąsko
torowych użytku publicznego“, a obecnie opracowało ,,Przepisy tech
niczne projektowania i budowy kolei żelaznych użyteczności publicznej znaczenia ogólnego“. Z przepisami tem i, które nazywać będziemy krótko ,, Przepisami Polskiego Ministerstwa kolejowego" (P. P. M.) zapoznamy się również w toku przedmiotu.
ROZDZIAŁ I.
ZARyS USTROJU POJAZDÓW KOLEJOW yCH.
H IS T O R y C Z N y ROZWÓJ KOLEI ŻELA ZN yC H .
1. Z A SAD Y USTROJU NOW OCZESNEJ LOKOMOTYWY PAROWEJ.
Rys. i. przedstaw ia schematycznie przekrój podłużny loko
motywy parowej, zwanej krótko parowozem.
Xa silnej ramie żelaznej, zwanej także ostoją, umieszczony jest leżący kocioł parowy K o przekroju walcowym, osłonięty szczelnym płaszczem ochronnym i opatrzony w tylnej części skrzynią, względnie komorą paleniskową S. U spodu tej skrzyni znajdują się ruszty R, na których spala się węgiel, wrzucany na nie przez drzwiczki d, umie
szczone na stanowisku maszynisty M . Pod rusztam i umieszczony jest
R y s . i .
popielnik P, opatrzony klapam i do regulowania dopływu powietrza, otwieranemi ze stanowiska m aszynisty. W ewnątrz kotła przebiega system rur, zwanych płomieniówkami p, przez które gorące gazy
8 P O J A Z D Y K O L E J O W E - R O Z W Ó J K O L E I
spalinowe przepływają ze skrzyni paleniskowej do dym nicy D, a na
stępnie kominem k nazewnątrz. Ilość ru r płomiennych wynosi w now
szych parowozach 140 do 260, a nawet 500.
Kocioł sam wypełniony jest wodą, której poziom powinien być zawsze nieco wyższy, niż górna powierzchnia kom ory paleniskowej.
Powierzchnia skrzyni paleniskowej, stykająca się z wodą w kotle, oraz powierzchnia ru r płomiennych, tworzą powierzchnię ogrzewalną kotła. Nad kotłem umieszczony jest dzwon parowy czyli zbieralnik pary z, w k tórym zbiera się para suchsza, niż na powierzchni wody.
Ze zbieralnika dopływa para ru rą do komór suwakowych, stanow ią
cych z cylindrami jedną całość. W ylot tej ru ry można swobodnie przym ykać, lub otwierać ze stanow iska m aszynisty.
P ara, zużyta w cylindrach, ulata do kom ina. R u ry odlotowe łączą się w jedną rurę zakończoną stożkowato u podstaw y komina, tworząc ta k zwaną dyszę wylotową w. Zapomocą dyszy uzyskuj emy potrzebny dla spalania przeciąg, którego nie jest .w stanie wytworzyć niski komin. Doprowadzenie W'ody do kotła odbywa się przy pomocy dwóch smoczków (injektorów), umieszczonych zazwyczaj na stanow isku m aszynisty.
Niezbędne w yposa
żenie, czyli t. zw. ar
maturę kotła stan o w ią:
w*odoskaz, 3 k u rk i p ro biercze do badania po
ziomu wrody w kotle, m anom etr w skazujący wielkość prężności p a ry w kotle, dwa samoczynne wentyle bezpieczeństwa, świstaw'ka sygnałowa i t. p.
Cylindry parowe umieszczone są przeważnie poziomo koło dym nicy, po zewnętrznej lub wewnętrznej stronie ram y, sym etrycznie względem podłużnej osi parowozu.
Cały kocioł wraz z urządzeniem i ram ą spoczywa na osiach za pośrednictwem resorów, składających się z wiązki taśm stalowych o długości stopniow'o się zmniejszającej i związanych opaską.
Przenoszenie ciśnienia p a ry z tłoka w cylindrze na koła następuje przy pomocy mechanizmu pędowego, przedstawionego na rys. 2.
W cylindrze C wykonanym z żelaza lanego, znajduje się stalowy tłok T, opatrzony trzonem tłokowym t, k tó ry przy pomocy wodzika w umieszczonego w sankach, połączony jest zawiasowo z drągiem kor
bowym k, a ten z korbą K. nam ontow aną na koło parowozu.
U S T R Ó J L O K O M O T Y W Y P A R O W E J 9
P o stępowy ruch tłoka w cylindrze ta m i z powrotem przenosi się na korbę,- powodując ruch obrotow y kola, oraz osi parowozu, w te n sposób stale z k orbą związanej.
Uruchomienie tłoka w cylindrze następuje pod wpływem ciśnienia p ary, k tóra ze zbieralnika dopływa ru rą r do komory suwakowej Ks.
Przy położeniu tłoka, przedstawionem na rys. 2, para dostaje się z kom ory suwakowej lewym otworem do cylindra i cisnąc na tłok, urzesuwa go w kierunku na prawo. Równocześnie suwak, urucho
m iony odrębnym mechanizmem, przesuwa się w lewo i w pewnej chwili zam vka lewy otwór dopływowy, a otwiera otwór praw y. W ów- czas wpada p ara do cylindra po prawej stronie tłoka i cisnąc nań, przesuwa go w kierunku wstecznym, na lewo. W ten sposób uzysku
jem y kolejny ruch posuwisty tłoka w cy in d rze tam i zpowTotem, k tó ry za pomocą mechanizmu korbowego zamiema się na obrotcw y ruch kola i osi parowozu.
Oś parowozu, związaną mechanizmem korbowymi z tłokiem cy
lindra, nazyw am y osią pędową, zaś koła na mej osadzone, kołami pędowemi.
Możemy związać jedne, lub więcej osi parowozu z tłokam i, a wrteay m am y do czyniema z parowozem o jednej, dwóch, trzech i t. d. osiach sprzężonych.
Csi parowozu, nie związane z tłokam i, nazywam y osiami lużnemi albo tocznemi. Oznaczanie ustroju parowozu z uwagi na ilość osi następuje powszechnie w ten sposób, że osi toczne określamy liczbami arabsłdem i, zaś osi sprzężone wielkiemi literam i alfabetu, względnie przy pomocy kółek, przyczem kółka o malej średnicy oznaczają osi toczne, zaś kółka o większej średnicy, osi sprzężone, przejm ując przód parow ozu po stronie lewej np.
Uruchomienie suwaka po płaszczyźnie, zwanej zwierciadłem suwakowem. następuje prze- pomoce* mechanizmu stawidłowego, zwanego krótko siawidłem, które obok poeeyższego zadania spełnia jeszcze dwa inne, a mianowicie umożlievia wprowadzenie parowozu w ruch wsteczny, oraz reguluje dopływ pary do cylindrów, czyli t. zev. admisię pary.
O O O O O O O o
o O O o O O o
albo B C
o O O O 0 0
B 1 1 B 1 B 1 1 C 2 o o O O o 2 B i i t. p.
10 P O J A Z D Y K O L E J O W E - R O Z W Ó J K O L E I
Najdawniejsze urządzenie sta widłowe, znane pod nazwą stawidła kulisowego Stephensona (rys. 3) wynalezione zostało przez H ove’a, ślusarza w fabryce Stephensona.
Na osi pędowej O osadzone są dwa ekscentry a i b, których trzony ta i tb związane są na końcach stalowym łukiem, zwanym kulisą K.
Kulisa zawieszona jest na parowozie w punkcie A w ten sposób, iż przy pomocy syste
m u dźwigni i trzona m można ją ze stanowiska m aszynisty swobodnie podnosić do góry, lub opuszcza ć na dół. W wy
drążeniu kulisy znajduje się stalowy klocek k, zwany k a mieniem lub wodzikiem ku li
sowym, k tó ry przy poruszaniu kulisy ślizga się w' jej wydrążeniu od pu nk tu a do pu n k tu /?. Kam ień kulisowy związany jest z suwakiem s zapomocą trzona suwakowego n.
Jeśli kamień kulisowy znajduje się w położeniu środkowem, jak na rys. 3, natenczas podczas obrotu osi pędowej kulisa wahać będzie około punktu środkowego k i suw'ak nie ruszy się z miejsca. Jeśli natom iast kulisę spuścimy wdół, natenczas kam ień kulisowy prze
sunie się ku punktowi a i pozostając pod działaniem ekscentra a, wy
woła przesunięcie suwaka wprzód. Odwrotne przesunięcie suwaka uzyskamy przy podniesieniu kulisy, a więc przy przesunięciu kamienia kulisowego k u punktowi [■!.
Obydwa ekscentry są pod takiemi kątam i ó względem korby ustawione, że położeniu kamienia kulisowego między punktam i k i u odpowiada ruch parowozu wprzód, zaś położeniu między punktam i k i £ ruch wsteczny. Odpowiednio do tego nazywamy ekscenter a ekscentrem dla jazdy wprzód, zaś ekscenter b dla jazdy wstecz.
Ruchy suw'aka, a tern samem czas dopływu p ary do cylindra, będą tern większe, im większą będzie odchyłka kamienia kulisowego od położenia środkowego, w ten sposób wrięc może m aszynista swo
bodnie regulować dopływ pary do cylindrów. Podczas położenia środkowego, na które nastawione jest stawidło podczas postoju paro
wozu, są ruchy suwfaka możliwe tak małe, że dopływ' p ary do cylindra jest zamknięty, a tem samem ruch tłoka niemożliwy.
Odmianami stawidła Stephensona są stawidła Goocha i Allana.
Podczas gdy w stawidle Stephensona maszynista podnosi ze swego, stanowiska kulisę, czyni to przy stawidle Goocha z trzonem
U S T R Ó J L O K O M O T Y W Y P A R O W E J - S I Ł A P O C I Ą G O W A 11
suwakowym, zaś przy stawidle Allana urucham ia równocześnie oby
dwa elementy. Różnice tych trzech systemów' polegają na latw'ości m anipulacji, wysokości i długości układu i kształcie kulisy, jednak żadne z nich nie wykazuje wybitnej wyższości.
Najwięcej rozpowszechnione jest obecnie sta widio Walschaerta, zwane w Niemczech stawidłem Heusingera (rys. 2). Kulisa, poru
szana jednym ekscentrem, waha około p u n k tu stałego; zam iast d ru giego ekscentra znajduje się dźwignia, połączona z wodzikiem tłoko
wym. Przestawianie staw idła następuje przez podnoszenie, lub opu
szczanie trzona kulisowego a. Wobec poprzednich wykazuje stawidło W alschaerta następujące korzyści: największą równomierność w roz
dziale pary, małe opory tarcia, łatwre utrzym anie i nadzór.
Niektóre dalsze szczegóły ustroju parowozu poznamy przy opisie jego historycznego rozw'oju.
2. SIŁA POCIĄGOWA.
Siła prężności pary, przeniesiona z cylindrów przy pomocy me
chanizm u pędowrego na obwód kół pędowych parowozu, służy do pokonania oporów ruchu pociągu i do nadania pociągowi pożądanej chyżości i dlatego nosi nazwę siły pociągowej.
Wielkość siły pociągowej zależy od trzech czynników', a miano
wicie od wielkości tarcia kół pędowych po szynach, od dzielności m a
szyny parow ej i od wydajności kotła.
Należycie zbudow'any parowóz powinien zatem spełniać następu
jące trzy w'arunki:
1. Ciężar parow'ozu, spoczywający na osiach pędowych, który nazywam y ciężarem adhezyjnym, powinien być co najmniej tak wielki, ab y tarcie na powierzchni szyn, wywołane tym ciężarem, było równe oporowi ruchu pociągu.
2. Maszyna parow'a powinna być ta k silna, by mogła z pożądaną chyżością przezwyciężyć opór ruchu pociągu.
3. Powierzchnia ogrzewalna kotła powinna dostarczać maszynie parowej ilość p a ry o wymaganej prężności, odpowiadającą zapotrze
bowaniu.
Ogólnie biorąc, byłoby najkorzystniej, gdyby siła pociągowa, wyznaczona podług każdego z tych czynników', była jednakowa wielka, gdyż wówczas m ożnaby te czynniki w' zupełności wyzyskać. W razie nierówności wpływu tych czynników na wielkość siły pociągowej, określona jest w ydatność pracy parowozu czynnikiem najsłabszym, przy równoczesnem niewyzyskaniu czynników silniejszych.
12 P O J A Z D Y K O L E J O W E - ROZW ÓJ K O L E I
a) O k r e ś l e n i e s i ł y p o c i ą g o w e j p o d ł u g c i ę ż a r u a d h e- z y j n e g o.
Obecność dostatecznie wielkiego tarcia między kolami p ę d o w e m i
a szynami jest konieczna do uzyskania postępowego ruchu parowozu.
Gdyby to tarcie było niewystarczające do pokonania oporów ruchu pociągu, natenczas po puszczeniu w ruch m aszyny parowej otrzym ali
byśmy obrót kół pędowych i ślizganie się ich po szynach, a parowóz nie ruszyłby z miejsca.
Tarcie między obręczami kół pędowych a szynami jest tarciem posuwistem, gdyż w razie, gdy ono jest za małe, występuje ślizganie się kół, a ponieważ jest ono konieczne do uzyskania ruchu postępowego parowozu, nazywamy je tarciem użytecznem, tarciem adhezyjnem lub krótko adhezją.
Wielkość adhezji parowozu określamy wzorem
• L a I)
przyczem za jest współczynnikiem tarcia adhezyjnego, zaś L a ciężarem adhezyjnym parowozu.
Oznaczając literą L całkowity ciężar parowozu wraz z tendrem , zaś literą a stosunek ciężaru, spoczywającego na osiach pędow ych, do całkowitego ciężaru parowozu, otrzym am y wyrażenie na wielkość ciężaru adhezyjnego
L a = a - L 2)
W artość współczynnika a waha w granicach od 0 2 do 1 0 za
leżnie od ilości osi sprzężonych. Parowozy beztendrowe, posiadające wszystkie osi sprzężone, wyzyskują cały swój ciężar, jako adhezyjny, dla nich więc osiąga współczynnik a wartość 1 0 , natom iast parowozy pośpieszne z jedną osią pędową mogą dojść z wartością współczynnika a do 0 2. Wielkość ciężaru adhezyjnego można dla każdego parowozu dokładnie oznaczyć.
W artość współczynnika adhezyjnego za zależy od m aterjału, z jakiego sporządzone są obręcze kół pędowych i szyny, oraz od chwi
lowych warunków atmosferycznych.
Dla szyn suchych osiąga ten współczynnik wartość o 143 do o 167, dla szyn zanieczyszczonych kurzem , lub posypanych piaskiem 0-200 do o 250, natom iast przy szynach wilgotnych, a zwłaszcza pokrytych warstewką lodu, spaść może do wartości o 100, a nawet niżej.
Jako wartości średnie dla oznaczenia potrzebnego ciężaru adhe
zyjnego przy konstruowaniu parowozów przyjm uje się następujące ilości:
S I Ł A POCIĄGOWA 13
dla parowozów osobowych i pośpiesznych na linjach z dlugiemi spadkam i o 15—o 16 ,, ,, z krótkiem i ,, 0-17—0-20
dla parowozów towarowych
na linjach z dlugiemi spadkam i 0-155—0-175 z krótkiem i ,, 0-165—0-180 dla parowozów górskich
na linjach z dlugiemi spadkam i 0-145—0-165 ,, ,, z krótkiem i ,, 0-165 — 0-170
dla parowozów beztendrowych
z mało zmiennemi zapasam i węgla i wody około o 150
z bardzo ,, ,, ,, ,, o n o —0140
Oczywiście zdarzyć się może, iż w niekorzystnych warunkach atm osferycznych wartość współczynnika adhezyjnego dozna wy
datnego obniżenia i parowóz nie może ruszyć z miejsca, m ając przy
czepiony ciężki pociąg. Maszyna parowa wprawi kola pędowe w ruch obrotowy, te jednak nie potoczą się po szynach, ale zaczną się ślizgać, gdyż wielkość tarcia adhezyjnego jest chwilowo mniejsza, niż opór pociągu. Szczególnie występuje to zjawisko przy ruszaniu z miejsca , gdyż opór pociągu jest wówczas znacznie większy, niż podczas jazdy.
W takich w ypadkach można współczynnik adhezyjny chwilowo zwięk
szyć, posypując szyny piaskiem. Każdy parowóz jest w ty m celu wyposażony wr urządzenie do syparna piasku na szyny przed przedniemi kolam i pędowemi.
b) O k r e ś l e n i e s i ł y p o c i ą g o w e j p o d ł u g d z i e l n o ś c i m a s z y n y p a r o w e j .
W eźmy pod uwagę parowóz z dwoma cylindram i bliźniaczemi, a więc parowróz, wyposażony dwiema maszynami parow'emi jedno- cylindrowemi^rozmieszczonemi symetrycznie po obu stronach kotła.
Dla średnicy tłoka dcm, długości skoku tłoka lcm, średnicy kola pę
dowego D cm i ciśnienia p a ry na tlok p> he/cm"-, otrzym am y siłę pocią
gowy obu cylindrów',‘mierzoną na obw'odzie koła pędowego, z porówna
nia prac podczas jednego obrotu tegoż kola d2-:r
Z D ■ u = 2 P i - z l - ri
4
czyli
14 P O J A Z D Y K O L E J O W E - R O Z W Ó J K O L E I
W spółczynnik '<! w powyższym wzorze określa stosunek siły pociągowej, mierzonej w cylindrach, do tejże siły, ujawniającej się na obwodzie kół pędowych. Ta ostatnia jest mniejsza od pierwszej, gdyż stra ty na sile wskutek oporów tarcia mechanizmu pędowego wynoszą 10 do 20%. Wobec tego wartość współczynnika rt wynosi o '8 do o '9.
Wyraz p { we wzorze 3) oznacza średnią prężność p ary w cylindrze, która jest zawsze mniejsza od prężności p a ry w kotle z dwóch powo
dów.
Para z kotła dostaje się do cylindrów przewodami rurowemi, przyczem doznaje pewnego obniżenia tem peratury, a tem samem częściowego skroplenia przy zetknięciu z chłodniejszemi ścianami cylindra, co pociąga za sobą obniżenie jej prężności. Drugi powód stanowi wyzyskanie rozprężania się czyli t. zw. ekspanzji pary. Byłoby to marnowaniem kosztownej energji pary, gdybyśm y ją wprowadzali do cylindra podczas całego czasu ruchu tłoka, gdyż wówczas byłoby trzeba wypuszczać do komina zużytą parę, posiadającą znaczną pręż
ność. Dlatego zam ykam y dopływ p a ry do cylindra w chwili, gdy tłok przebył zaledwie część skoku, poczem zam knięta w cylindrze ilość pary prężnością swą pcha tlok dalej i równocześnie rozpręża się, zwiększając swoją objętość. Mówimy wówczas, że para pracuje z ekspanzją.
Stosunek drogi przebytej przez tlok w czasie dopływu p a ry do cylindra, do całkowitego skoku tłoka, nazywamy stopniem napełnienia i oznaczamy go zazwyczaj w procentach. Tak np. stopień napełnienia wynosi 50%, gdy zamknięcie dopływu p ary do cylindra nastąpiło w chwili, gdy tlok przebył połowę swego skoku.
Przebieg zmiany prężności pary w cylindrze podczas jednego skoku tłoka tam i zpowrotem można zmierzyć bezpośrednio na p aro wozie przy pomocy indikatora.
Indikator jest to m ały walec m etalow y naśrubow any na cylind er p arow ozu w ten sposób, że para z cylindra w p ływ a sw obodnie do niego. W alec te n za m k n ięty je s t ruchom ym tłokiem , na którego trzonku u m ieszczony je st ołów ek. P rzy zm ianie prężności pary w cylindrze tłok indikatora podnosi się, lub opada, a ołów ek kreśli diagram zm ian y tej prężności na papierze, n a w in iętym na obracajacym się bębnie.
Schemat diagramu indikatorowego przedstawiony jest na rys. 4.
Gdyby ekspanzja p ary w cylindrze odbywała się zgodnie z p ra wem M ariotte’a, otrzym alibyśm y wykres a b c d e dla napełnienia h- W rzeczywistości otrzym am y diagram zakreskowany. Prężność pary w kotle p dozna pewnego zmniejszenia w skutek oziębienia w rurze dopływowej i w komorze suwakowej i otrzym am y p u n k t a' zamiast a. W skutek dalszego ochłodzenia przy zetknięciu ze ścianami cylindra, a jeszcze bardziej z powodu stopniowego przym ykania do-
S I Ł A P O C I Ą G O W A 15
pływ u p a n - przez suwak (t. zw. dławienia pary), linja a b' na prze
strzeni lx będzie pochyła, a nie pozioma. Xa przestrzeni b' c m am y pracę p a iy z ekspanzją, przy-
czem krzyw a ta w drugiej swej części podnosi się ponad krzy- i wą M ariotte’a z powodu ogrza
nia rozprężającej się p ary silniej ogrzanemi ścianami cylindra. ^ 1 Koniec krzywej przy c opada silnie w skutek przedwczesnego odpływu pary, poczem krzywa, f ^ osiągnąwszy prężność p 0, nieco
wyższą od normalnej prężności Rys powietrza (około 1 5 atm ), pod
nosi się przy ruchu wstecznym tłoka z powodu ściśnienia pary, za
mkniętej w cylindrze, a wreszcie od p u n k tu e' podnosi się silnie wskutek przedwczesnego dopływu i osiąga znowu p u n k t a .
W ym iar V oznacza przestrzeń szkodliwą między końcem skoku tłoka a dnem cylindra.
Jeśli zakreskow aną powierzchnię zamienimy na prostokąt o pod
s ta w ę l, to wysokość jego p { jest szukaną średnią prężnością p ary w cylindrze, zaw artą we wzorze na siłę pociągową.
Prężność tę nazyw am y prężnością wskazaną, albo indikowaną.
Badania wykresów ind ik ato ra wykazały, że prężność wskazana zależy od prężności p a ry w kotle, od stopnia napełnienia cylindra, oraz od prędkości jazdy.
Spostrzeżenia Goosa w yk azały, że ze w zrostem prędkości ja z d y prężność w skaza
na zm niejsza się dość znacznie i ta k np. p rzy prężności pary w kotle 9' 1 atm . i przy n a p ełn ien iu 25% w y n o siła prężność w skazana przy chyżości ja z d y 24 kmj i — 3 1 a tm ., zaś p rzy chyżości ja z d y 88 km/g zaledw ie 1,27 atm .
Bad an ia Grovego w y k azały, że zm niejszenie sto p n ia napełnienia w p ływ a k orzystnie n a rozchód pa ry i ta k np. przy zm niejszeniu nap ełn ienia z 50% na 25%
okazał się rozchód pa ry praw ie o 40% m niejszy. P rzyp isać to n a leży tej okoliczności, że p rzy większej ekspanzji zm niejsza się n iek o rzy stn y w p ły w m iejsc szkod liw ych.
W yn ik a z tego, iż b y ło b y rzeczą ekon om iczn ą pracow ać m ałem i napełnieniam i.
J ed n a k ze zm n iejszen iem n ap ełn ienia m aleje prężność wskazana, a z nią siła pocią
gow a. Chcąc zach ow ać tę sam ą siłę pociągow ą, n ależałob y zw ięk szyć w y m ia ry cylindrów , t o zaś ograniczone je s t przestrzenią rozporządzalną. Z atem w w yp adk u, g d y p otrzeb na je s t duża siła pociągow a, a w ięc dla ciężkich pociągów i strom ych sp adk ów , d o p ły w pary pow in ien b y ć w ięk szy, niż wpwczas, g d y pożądan e jest zw ięk szen ie chyżości, a m ożn a zadow olnić się m niejszą siłą pociągow ą. Parow ozy pociągów to w a ro w y ch pracują zatem znacznie w iększem i napełnieniam i, niż paro
w o z y pociągów o so b ow ych i pośpieszn ych .
