Департамент образованияПавлодарской области
Екибастузский колледжинженерно-технического института
им. акад. К.И. Сатпаева
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
На тему: "Нормальная ширинаколеи"
Екибастуз – 2008 г.
Нормальнаяколея(также называемая колея Стивенсона в честь Джорджа Стивенсона) – это широкоиспользуемая ширина железнодорожной колеи. Приблизительно 60% существующих вмире железнодорожных путей имеет такую ширину (см. список стран, которыеиспользуют нормальную колею). Расстояние между внутренними краями рельснормальной колеи составляет 1435 мм.
История
По мереразвития и увеличения количества железных дорог основным вопросом оставаласьширина колеи (расстояние между внутренними краями рельс). В конце концов, вбольшинстве стран мира была принята нормальная ширина колеи в 1435 мм,позволяющая сообщаться поездам. В северо-восточных частях Великобритании рельсыстроились 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 донормальной колеи. Некоторые области США, в основном на северо-востоке, перенялинормальную колею, так как часть поездов закупалась в Великобритании. Однако довторой половины 19 века в США и Великобритании существовали рельсы с разнойшириной колеи. Постепенно американские железные дороги сошлись в одну колею,когда стали очевидны преимущества взаимозаменяемости оборудования. Разрушениево время Гражданской войны большей части широкой (1524 мм) колеи на югестраны ускорило данный процесс.
Истоки
Популярнаялегенда прослеживает появление ширины колеи в 1435 мм еще в угольныхместорождениях северной Англии, указывая на дороги, изрытые колеями отколесниц, 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. Крометого, в то время как дорожные транспортные средства обычно измерялись отвнешнего края обода колеса (есть свидетельства, что первые железные дорогиизмерялись так же), стало очевидно, что для рельсовых транспортных средствлучше, чтобы гребни колеса находились внутри рельс, таким образом, расстояниемежду внутренними краями колес (и, как следствие, между внутренними головкамирельс) стало очень важным.
Для железных дорогс лошадиной тягой нормальной колеи не существовало, но была грубаяклассификация: на севере Англии не уже 1219 мм. Колейная система Вилам,построенная до 1763 года, имела ширину 1524 мм, также было с железнымидорогами Джона Бленкинсопа, когда старые дороги шириной в 1219 мм былиперестроены для того, чтобы можно было использовать двигатель Бленкинсопа. ВБимише ширина составляла 1341 мм или 1447 мм (БиггесМейн-Кентон-Кокслодж).
Британскийпионер железных дорог Джордж Стивенсон несколько лет проработал инженером наугольных шахтах в графстве Дурхэм. Ему нравились рельсы шириной 1435 мм вНортумберленде и Дурхэме и он использовал их в своей линии Киллингворф. Рельсыдля вагонеток в Хеттон и Спрингвелле также использовали эту ширину колеи.
Железные дорогиСтивенсона Стоктон Дарлингтон были построены в основном для перевозки угля изнескольких шахт вблизи Шилдона в порт Стоктон-на-Тиисе. Основная ширина колеи в1422 мм была установлена, чтобы приспособить существующую колею для сотенугольных вагонеток, которые уже использовались на шахтах. Ее построили ииспользовали в течение 15 лет, прежде чем ее поменяли на ширину 1435 мм.
Началоколеи в 1435 мм
ДжорджСтивенсон использовал колею шириной 1435 мм (с дополнительным сантиметромдля уменьшения соединения на изгибах) для железных дорог в Ливерпуле иМанчестере, строительство которых было санкционировано в 1826 году, а открытиесостоялось 30 сентября 1830 года. Успех данного проекта привел к тому, чтоДжорджа и его сына Роберта наняли спроектировать еще несколько крупныхжелезнодорожных проектов. Однако, железная дорога Честер-Биркенхед, одобренная12 июля 1837 года, была шириной 1493 мм, железная дорога ВосточныхГрафств, одобренная 4 июля 1836 года – 1524 мм, железная дорогаЛондон-Блэквол, одобренная 28 июля 1836 года – 1524 мм, железная дорогаЛондон-Брайтон, одобренная 15 июля 1837 года – 1493 мм, дорогаМанчестер-Бирмингем, одобренная 30 июня 1837 года, была 1493 мм, дорогаМанчестер-Лидс, одобренная 4 июля 1836 года – 1493 мм, Северная иВосточная дорога, одобренная 4 июля 1836 года, была 1524 мм шириной.Дороги шириной 1493 мм должны были принимать транспортные средства дляколеи в 1435 мм и являлись допустимым отклонением.
ВлияниеСтивенсон по всей видимости является главной причиной того, что колея шириной 1435 ммстала стандартной, и используется больше, чем любая другая.
Королевскаякомиссия
В СоединенномКоролевстве Великобритании и Северной Ирландии Королевская комиссия высказаласьв поддержку нормальной колеи. В Великобритании колея Стивенсона была выбрана вкачестве стандартной из-за того, что общая длина железных дорог такой шириныбыла больше, чем у ее конкурента шириной 2140 мм, принятой в основномдорогой Грейт Вестерн. Последовавший за этим в 1846 году Акт о ширине колеипредписывал, чтобы все новые пассажирские железные дороги в Великобритании былипостроены с использованием нормальной колеи в 1435 мм, а в Ирландии – 1600 мм.Это позволило большому количеству британских компаний продолжать ремонтироватьих пути и расширять свои сети в пределах отклонений и исключений, прописанных вАкте. По окончании переходного периода (пути прокладывались с тремя ходовымирельсами) в 1892 году железная дорогая Грейт Вестерн окончательно перестроиласвои пути в соответствии с нормальной шириной колеи.
Идеальнаяколея
Впоследствииинженеры доказали, что узкая колея далеко не идеальна: несмотря на болеедешевое строительство, более узкая колея ограничивала скорость из-за сниженнойустойчивости нагрузки. Более широкие колеи теоретически более устойчивы на скоростии позволяют провозить более крупные, широкие и тяжелые грузы. Согласноисследованию Isambard Kingdom Brunel, оптимальная ширина для железной дороги(та, которая изначально использовалась дорогой Грейт Вестерн) составляет 2100 мм.
Довольносложно было определить, какая же колея является идеальной. С точки зрениядизайна, поезда могли передвигаться быстрее по заданному радиусу путей, есликолея шире, так как центр тяжести поезда расположен дальше от колес, что в своюочередь снижает угол между нижней поверхностью колеса, соприкасающейся сцентром тяжести, и горизонтальной. Учитывая, что радиус путей можноприспособить под скорость поезда, или скорость поезда приспособить под радиуспутей, ширина колеи в некоторых случаях не так важна, как функциональнаясовместимость.
В миресуществует много примеров использования высоких скоростей и большой массы наболее узких колеях, что доказывает, что колея не так важна, как считалосьраньше:
Самые тяжелыепоезда в мире ходят по нормальной колее в Австралии, Северной Америке иМавритании. Ширина колеи не является ограничивающим фактором для использованияболее тяжелых поездов.
Самые быстрыепоезда в мире ходят по нормальной колее в Японии и Европе со скоростью более 300 км/ч.
Очень тяжелыепоезда ходят по более узкой колее шириной 1067 мм в штате Квинсленд вАвстралии и Южной Африке. Пути такие же прочные как и пути с нормальной ширинойколеи. Эта узкая колея не сказывается на весе поездов, которые могут по нейходить.
Довольнобыстрые поезда (160 км/ч) могут ходить по путям шириной 1067 мм, какв Японии и Квинсленде.
Легкуюнормальную колею можно построить на такие же средства, что и узкую.
Так же важнынагрузка колеи, конструкция колеи, осевая нагрузка, совместимость соединения,тормозная система, система электрификации, сигнальная система, радио система, атак же правила и предписания.
Благодарятому, что мы можем оценить прошедшие события, мы видим, что строительство оченьузких (914 мм) и очень широких железных дорог (2100 мм) не принеслобольшой пользы, кроме того, оно ограничило функциональную совместимость. Например,трудности с функциональной совместимостью привели к тому, что при переводевагонов с одной колеи на другую использовались колейные валы и устройства дляперевода вагонов.
Заметноснизить стоимость строительства железнодорожных путей могли лишь колеизначительно уже 914 мм, но лишь в гористой местности, там, где требовалисьлинии небольшой вместимости или на промышленных железных дорогах, где нетребуется сквозное хождение.
Однако можнопоспорить, что изначально принятая Стивенсоном в 1830 году унифицированнаяколея 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 железныхдорог.
Когда сталоочевидным преимущество взаимозаменяемости оборудования, идея стандартизацииколеи стала более заманчивой. Там, где это было необязательно, до сих пориспользуется нестандартная колея.
Использованиекомбинированных перевозок
Одним изметодов достижения функциональной совместимости подвижных составов – этоиспользование комбинированных перевозок на специальных вагонах-транспортерах. Этопозволяет подвижному составу достигать мастерских или других линий такой жеколеи, с которыми они не связаны. Использование комбинированных перевозоквозникло как временная мера между Порт Августа и Марии во время работ поперестройке путей в 50-х годах 20 века, чтобы обойти крутые уклоны в ФлиндерсРейнджес. Использование комбинированных перевозок было характерной чертойжелезной дороги Падарн в Северном Уэльсе.
Вагоны-транспортерышироко используются для того, чтобы перевезти подвижной состав для узкой колеина стандартную линию. Реже, транспортные средства для нормальной колеипереводят на узкие пути, используя адаптерные подвижные составы, например,вагон-транспортер Roolbocke в Германии, Австрии и Чехии, а также молочныевагоны-транспортеры на железной дороге Лик-Мэнифолд Вэллей в Англии.
Разрывколеи
Когдажелезнодорожная линия одной колеи встречается с линией другой ширины – этоназывается разрыв колеи. Это вызывает дополнительные расходы и неудобства длятранспорта, который должен переходить с одной системы на другую.
Примеромэтого может служить Трансманьчжурская железная дорога, где Россия и Монголияиспользуют широкую колею, в то время как Китай использует нормальную колею. Награнице, каждый вагон необходимо поднять, чтобы заменить ходовые части. Всяоперация, вместе с паспортным и таможенным контролем может занять несколько часов.
Другимипримерами могут служить поездки по территории бывшего СССР: граница Украины иСловакии на поезде Братислава-Львов, и на румынско-молдавской границе на поездеЧисинау-Бухарест.
Этого можноизбежать, используя систему, сходную с той, которую использовали в Австралии,где железные дороги в разных штатах имели разную колею – строить двойные колеи.Таким образом, линии имеют три рельсы, пара образует нормальную колею, атретий, находящийся либо внутри, либо снаружи, формирует либо более широкуюлибо более узкую колею. В результате, по линии могут ходить любые поезда.
Нормальнаяколея в макетах железных дорог
Вамериканских макетах железных дорог нормальная колея изначально являласьпопыткой корпорации Lionel овладеть рынком США в начале 20 века. Компаниястандартизировала свои предложения трехрельсовых дорог с колеей в 54 мммежду внешними рельсами, что сделало их несовместимыми с колеей 1 отевропейских производителей. Затем Lionel зарегистрировала торговую марку как«Нормальная колея». Другие компании последовали их примеру, использовав новыестандарты Lionel, но назвав ее «Широкая колея», чтобы избежать нарушения правна товарную марку.
Стандартнаяколея впала в немилость в 30х годах 20 века из-за высокой стоимости, и компанияLionel перестала предлагать ее в 1940 году.
Хотямасштабированное моделирование не было главной заботой, масштаб нормальнойколеи был принят к 1:26.59, что сделало его немного меньше масштаба G.
Недавнонормальная колея стала означать масштабированное моделирование, в котором путимасштабированы, чтобы точно соответствовать настоящей нормальной колее, в товремя как моделирование узкой колеи, которое повторяет настоящую узкую колею,или немасштабированное моделирование, где масштаб путей не соответствуетнастоящему, например, колея О или ОО.