Historie zpracování kovů – železnice

Již slovo železnice ukazuje na souvislost s železem. Skutečně, rozvoj kolejové dopravy šel ruku v ruce s rozvojem zpracování kovů.

Kolejová doprava se začala uplatňovat již od 16. století v rudných dolech v Německu a v Anglii při přepravě vytěžených hornin. V těsných chodbách se používaly malé vozíky a vozači museli se značnou námahou tlačit vozíky s malými koly po nerovném terénu. Námahu si ulehčovali tím, že na zem kladli prkna a fošny, po kterých jezdily vozíky snadněji. Každý, kdo na stavbě převážel na kolečku materiál, ví, jaký je rozdíl jet po běžném terénu a po prkně. Jako výhodné řešení se na těch šachtách ukázalo položit na zem trámy a z boku na ně přibít prkénka, vozík pak nemohl z trámu spadnout. Od toho byl už jen krok k použití kovových kolejnic, což vedlo ke značnému snížení tření a ke zvýšení výkonu vozačů. Tyto kolejnice taky měly vyšší životnost než dřevěný trám. Později se začaly kolejové dráhy uplatňovat i na povrchu. Vozy táhly koně, proto se jim říkalo koňské dráhy a sloužily k dopravě osob i materiálu.

Prvé kolejnice měly tvar širokého žlábku. Na zem se položily příčné pražce, na ně se daly podélné trámy a na tyto trámy se položily litinové kolejnice tvaru širokého žlábku. Angličané tvrdí že to bylo v 18. století v anglických dolech, Němci tvrdí že v německých dolech to bylo o 100 let dříve.

Občas se stalo, že do žlábků napadal materiál, a když pak na takové místo najel vozík, docházelo k vykolejení. Částečným řešením byly úhelníkové kolejnice, které se používaly od r. 1776. Rovněž byly upevněné na podélných nosných trámech.

Výhodnějším řešením byly ploché kolejnice, které vyžadovaly opatřit kola vozíků obručemi s okolkem nebo použít litinová kola s okolkem. I tyto kolejnice se většinou odlévaly.

Koňská dráha z Českých Budějovic do Lince, jejíž první úsek byl uveden do provozu v r. 1827, měla prosté ploché kolejnice. I od plochých kolejnic se brzo ustoupilo, poněvadž vyžadovaly podélný podkladní trám. Hledal se tvar kolejnice, který by měl dostatečnou tuhost v ohybu a nevyžadoval nosný trám. Prvým řešením byla kolejnice s rybím břichem.

Tyto kolejnice se odlévaly z litiny v délkách okolo jednoho metru. Malá délka a křehkost - to byly jejich hlavní nevýhody. Již v 18. století se budovaly prvé válcovny. Byly poháněné vodním kolem a později parním strojem a válcovaly se na nich čtyřhranné a kruhové ocelové tyče. V roce 1790 byla vybudována prvá válcovna pro válcování úhelníků. V 19. století se začalo s válcováním ocelových kolejnic. V r. 1820 si nechal britský vynálezce patentovat válcování celových kolejnic s rybím břichem. Navržená stolice měla excentrický hotovní kalibr, počátek a konec metrové kolejnice v něm měl mít sníženou výšku. Brzy se však přišlo na to, že na válcovně je možné vyrábět kolejnice větších délek, což přináší mnohé výhody. Samozřejmě šlo o kolejnice konstantního průřezu, ocelová kolejnice s rybím břichem byl spíše jen výstřelek. Nejdříve se začaly válcovat hřibové nebo též stojinové kolejnice, jejich výroba je doložena k r. 1835. Bylo sice možné je válcovat ve větších délkách, ovšem jejich upevňování k pražcům bylo náročné. Tento typ kolejnice se používal i u nás.

Jen o málo výhodnější byly dvouhlavé kolejnice podle, které se objevily v r. 1839. Její válcování bylo díky souměrnému tvaru snadnější a mohly se po opotřebení otočit, měly tedy dvojnásobnou životnost. Jejich upevňování však bylo stejně obtížné.

Snadné upevňování k pražcům bylo dosaženo u dalších typů kolejnic.

Celkem logicky se sáhlo ke tvaru úhelníku, jehož válcování již bylo v té době zvládnuto. Tato kolejnice se sice snadno upevňovala, jízdní plocha však byla úzká, což byl závažný nedostatek, záhy se od nich upustilo. (Za zmínku stojí, že v průběhu 2. Světové války na území Sovětského svazu obsazeného Wermachtem působilo mnoho partyzánských oddílů. Mezi časté akce těchto partyzánů patřily sabotážní akce na železničních tratích. V mnohých oblastech se nedostávaly kolejnice, proto se na poškozených úsecích nouzově používaly úhelníky.) V r. 1842 se objevila tzv. mostová kolejnice, která se také nazývala dutá nebo Brunelova kolejnice. Jízdní plocha byla u ní dostatečně široká a dobře se upevňovala. Problémem však byl její válcování, přesněji nízká životnost válců. Na jednom válci musel být výstupek (hřeben) kterým se tvarovala dutina. Jelikož výstupek byl úzký, ohříval se na vysoké teploty a to snižovalo životnost válců. Proto se v r. 1853 objevila tzv. Barlowova kolejnice, která měla výrazně větší šířku, a díky tomu se výstupek na válcích neohříval na tak vysoké teploty. Koncem 19. století se začínají objevovat hruškové kolejnice a po nich širokopatní kolejnice.

Oba typy se rovněž snadno upevňovaly a navíc mají nižší hmotnost. Větší úsporu hmotnosti přinášela širokopatní kolejnice, která se používá dodnes. Její tvar byl navržen již dříve, problémem bylo najít vhodný způsob válcování.

U kolejnice se požaduje dobrá odolnost vůči opotřebení, dělají se z oceli s obsahem uhlíku 0,6 až 0,7 %. Jejich kvalita se se někdy zvyšuje kalením hlav.

Po vyválcování kolejnice chladnou na chladnících a prohnou se jako luk. Je to způsobeno tím, že tenké patky chladnou rychleji, to vede ke zkrácení kolejnice a nepatrnému napěchování ještě teplé hlavy.  Nakonec chladne hlava, zkrátí se a tím se kolejnice prohne. Širokopatní kolejnice sice silně převažují, přesto se používají i další typy kolejnic.

Jazykové a jim podobné srdcovkové kolejnice mají nižší stojinu. Jazyková kolejnice je pohyblivá kolejnice na výhybce. Klouže po stoličkových podkladnicích proto má menší výšku. Na jednom konci se výška stojiny kovářským prodlužováním zvýší, aby ji bylo možné napojit na běžnou kolejnici, na druhém konci se vytvoří špice. Srdcovkové kolejnice se ohýbají a vytváří se z nich srdcovka výhybky.

Jeřábové kolejnice se pokládají na jeřábovou dráhu, nejsou zatěžovány na ohyb. Žlábkové kolejnice se používají při budování tramvajových tratí v ulicích, kde jsou zapuštěné do vozovky. Dnes se tramvajové kolejnice mohou pokládat na betonové bloky, vznikla tak bloková kolejnice, která se velmi podobá prvým kolejnicím, které se upevňovaly na dřevěné trámy.

Nejrozšířenější jsou ty širokopatní kolejnice, jejichž tvar je již dlouhou dobu ustálený, postupně se však zvyšovala dodávaná délka. Dnes mnozí výrobci nabízejí kolejnice v délce 120 metrů. U nás je Třinecké železárny vyrábějí v délce až 75 metrů. Je s tím problém při dopravě. Každý konec kolejnic se položí na jeden vagón na otočnou podložku. Když jede takováto souprava, musí být v protisměru volno, protože v levotočivé zatáčce převážené kolejnice vytvoří tětivu oblouku, čili se dostanou nad sousední kolej.

Pokládání delších kolejnic je produktivnější. Kolejnice se totiž svařují, říká se tomu bezstykové koleje. Začalli s tím v 50. letech minulého století v USA. My starší pamatujeme, jak to dříve ve vlacích klepalo, protože se v místě styku nechávaly dilatační spáry. A dnes se délka kolejnic s teplotou nemění? Mění. Ovšem ocel je pružná: lze ji prodloužit či zkráti až do meze pružnosti (nejméně o 0,2 %) a po odlehčení se vrátí do původní délky. Rozdíl v délce kolejnice v létě a v zimě je menší, než odpovídá mezi pružnosti. Kolejnice proto musí být řádně upevněné, protože v nich vzniká velké pnutí. V létě, kdy se chtějí prodlužovat, to může vést až k vybočení kolejnice.

Pitomé kolejnice, a já jsem o nich napsal takový dlouhý blog, ačkoliv si říkám, že budu psát jen krátké.