Rozjazdy torowe > Elementy budowy rozjazdów

1) Ogólna budowa rozjazdów
Każdy rozjazd składa się dwóch z trzech głównych elementów: zwrotnicy, krzyżownicy oraz szyn łączących zwrotnice z krzyżownicą.
Głównymi elementami zwrotnic są: dwie półzwrotnice, w których skład wchodzą: iglica, opornica oraz nastawcze napędy zwrotnicowe.
Do krzyżownic z kolei zalicza się: dziobownice, kierownice i szyny skrzydełkowe.
Poniższy schemat przedstawiają ogólną budowę rozjazdu zwyczajnego i krzyżowego z uwzględnieniem powyższych elementów składowych:


Uproszczony schemat przykładowego rozjazdu
1 - opornica (szyna oporowa) toru zasadniczego
2 - opornica (szyna oporowa) toru zwrotnego
3 - siodełka podiglicowe
4 - iglica dociśnięta
5 - iglica odsunięta
6 - dziobownica
7 - szyny skrzydełkowe
8 - kierownice

  
Rozjazd zwyczajny (opis na 1 powiększeniu)

 
Rozjazdy krzyżowe dwustronne (opis na 1 powiększeniu)


Rozjazd krzyżowy podczas montażu na stanowisku w wytwórni (KZN Bieżanów)

Rozjazd zwyczajny przed montażem

2) Budowa i elementy zespołu zwrotnicowego
a) Iglice to elementy odpowiedzialne za to, że pojazd kolejowy przejeżdża torem zasadniczym, lub zjeżdża na tor zwrotny. W przypadku jazdy torem zwrotnym pociąg z przyczyn oczywistych zawsze wjedzie na tor zasadniczy. Ustawieniem iglic sterują napędy zwrotnicowe poprzez cięgna napędowe, które odpowiednio odciągają lub przyciągają iglice do krawędzi główek szyn - opornic tak, że koła jezdne są kierowane na odpowiedni tor. Rozjazdy pracują w położeniu plus "+" (zasadniczy kierunek) i minus "-" (np. kierunek zwrotny). To który kierunek jest zasadniczy określa regulamin techniczny danego posteunku ruchu.


Animacja działania iglic zwrotnicy wolnobieżnej (klasycznej) - przekładnie z położenia - przykładowo: minus do plus

 
Animacja działania iglic zwrotnicy wolnobieżnej (klasycznej) - przekładnie z położenia - przykładowo: plus do minus

Informacje o zwrotnicach szybkobieżnych, stosowanych na stacjach rozrządowych znajdują sie w ramach opisu stacji rozrządowych - tutaj.

Iglica ma odpowiedni profil ukształtowany tak, by prawidłowo przylegała na odcinku stykowym podczas dociśnięcia do opornicy rozjazdu.

 
Przyleganie iglicy do opornicy (1) i iglica (2)

   
Iglica odsunięta od opornicy


Główka szyny (opornicy) na obszarze, gdzie przylega do niej iglica jest ścięta skośnie dzięki czemu ostrze iglicy po dociśnięciu przez napęd zwrotnicowy kryje się w zagłębieniu. Powoduje to, że ostrze iglicy, czyli miejsce w którym przy jeździe najazdowej następuje pierwsze zetknięcie obrzeża obręczy koła z iglicą, nie wystaje poza obrys profilu główki szyny (opornicy), po której koło dotychczas się toczyło. Mówiąc prościej iglica jest schowana tak, że obrzeże koła nie ma możliwości zahaczenia o nią i wjechania pomiędzy szynę (opornicę) i iglicę, co doprowadziłoby do wykolejenia.
Na poniższej fotografii przedstawiam omówione powyżej rozwiązanie.

   
Profil główki szyny (opornicy) w miejscu styku z ostrzem iglicy (opis na powiększeniu)

Iglice podobnie jak szyny posiadają stopy, które służą do podtrzymywania i stabilizowania ostrz iglic podczas przesuwania od / do szyn oporowych.
Do podrozjazdnic, w obszarze suwania się iglic, przymocowane są siodełka podiglicowe, po których poruszają się stopy iglic.
Siodełka smarowane są smarem w celu minimalizowania tarcia podczas przesuwania oraz wyciszania pracy zwrotnicy.

 
Siodełka podiglicowe (opis na 1 powiększeniu)

W najnowocześniejszych rozwiązaniach oprócz siodełek podiglicowych stosuje się dodatkowo specjalne zespoły rolek.

   
Siodełka i rolki podiglicowe



b) Opornice to elementy służące do równoważenia siły docisku iglic i naporu obrzeży kół jezdnych na szyny danego kierunku jazdy.

   
Opornica (opis na powiększeniu)

Ze względu na oddziaływanie siłami poprzecznymi obrzeży kół taboru na iglice podczas przejazdu, w rozjazdach pomiędzy opornicami (szynami oporowymi), a szynami iglicowymi stosuje się opórki poprzeczne, utrzymujące prawidłową odległość i przebieg szyny iglicowej względem opornicy oraz ograniczniki przesuwu wzdłużnego iglic.

Lokalizacja rozpórek poprzecznych i ograniczników przesuwu

 
Przykładowe opórki poprzeczne


Ogranicznik przesuwu szyny iglicowej

c) Nastawcze napędy zwrotnicowe to mechanizmy służące do zmiany położenia iglic. Ich opis znajduje się w jednym z kolejnych rozdziałów.

3) Budowa i elementy zespołu krzyżownic
a) Dziobownice i szyny skrzydełkowe to elementy krzyżownic rozjazdów na których koła jezdne przejeżdżają z szyn zwrotnicowych na szyny toru zasadniczego lub zwrotnego.

   
Krzyżownice (opis na powiększeniu)

   
Krzyżownica środkowa w rozjeździe krzyżowym (opis na powiększeniu)


Dziobownica i szyny skrzydełkowe

Dziobownica może być wykonana z dwóch odpowiednio dociętych szyn (jak wyżej) lub jako blok stalowy z odkuwki obrabianej do docelowego kształtu poprzez obróbkę skrawaniem.

 
Blok odkuwki dziobownicy (1) i podczas obróbki skrawaniem (2)

b) Kierownice to elementy krzyżownic, które są odpowiedzialne za prowadzenie kół zewnętrznych podczas, gdy te wewnętrzne przejeżdżają przez dziobownicę i szyny skrzydełkowe.

    

Kierownice krzyżownicy

W nowoczesnych rozjazdach przystosowanych do większych prędkości jazdy stosuje się rozjazdy z ruchomymi dziobownicami. Przesuw dziobownicy zgodnie z ustawieniem zwrotnicy realizuje  elektryczny napęd. W takim przypadku rozjazdu nie wyposaża się w kierownice.


Rozjazd z ruchomą dziobownicą (opis na powiększeniu)

4) Napędy zwrotnicowe mechaniczne ręczne
Stosowane są obecnie głownie na liniach bocznicowych. Położenie iglic zwrotnicy zmienia się poprzez ręczne przestawienie dźwigni napędowej z przeciwwagą. Ruch dźwigni powoduje odpowiednie ruchy cięgien, co w rezultacie powoduje przestawienie iglic zwrotnicy. Przeciwwaga, służy do zapewnienia docisku iglic i  jest zakończona rękojeścią, która ułatwia jej przestawianie. Przeciwwaga ma kształt walca i pomalowana jest w połowie na kolor, czarny, a w połowie na kolor biały. Położenie przeciwwagi białą częścią do góry oznacza, że rozjazd jest w ustawiony w położeniu zasadniczym, czyli tym, w którym najczęściej odbywa się ruch pojazdów. Jeżeli na białej części naniesione są dwa czerwone paski, to znaczy, że napęd może być obsługiwany przez drużynę pociągową. 

   
Napędy mechaniczne ręczne - zwrotniki (opis działania na 1 powiększeniu)


Przeciwwaga z oznaczeniami (jak opisałem)


Film prezentuje przekładanie zwrotnicy rozjazdu z napędem mechanicznym ręcznym
UWAGA! Na powyższym filmie podczas przestawiania zwrotnicy nie zmienia położenia wskaźnik zwrotnicowy.


Film prezentuje działanie zwrotnicy z napędem mechanicznym ręcznym - pokazany: przesuw iglic, zamknięcie nastawcze suwakowe, przekładnia napędu wskaźnika zwrotnicowego

5) Napędy zwrotnicowe mechaniczne scentralizowane
Ten typ sterowania zwrotnicami stosowany jest na liniach głównych lecz wymienia się go na elektryczne napędy automatyczne sterowanie zdalnie.
Sterowanie tego typu napędami odbywa się z budynku nastawni za pośrednictwem specjalnych dźwigni zwrotnicowych. Dźwignie te ustawione w rzędzie na ławie dźwigniowej nastawnicy i każda z nich przypisana jest danej zwrotnicy.
Od mechanizmu każdej z dźwigni odchodzi elastyczna pędnia, która po specjalnych bloczkach (krążkach) wychodzi z budynku nastawni i biegnie odpowiednio wzdłuż torów do odpowiadającego dźwigni mechanizmu zwrotnicowego. Obrócenie dźwigni o 180 stopni powoduje przeciągnięcie pędni o około 500 mm i zmianę położenia zwrotnicy. Aby działanie pędni było prawidłowe, oba jej druty pędne muszą być odpowiednio naprężone przez działanie stałej siły naprężającej, którą wywołują ciężary naprężacza uzależnione zębatką.

   
Dźwignie zwrotnicowe w nastawni

   
Napęd zwrotnicowy (opis na powiększeniu)

Przy dużej ilości torów pędnie muszą zmieniać kierunek swojego biegu, aby mogły dojść do wszystkich mechanizmów napędowych. Na poniższej fotografii widać, jak cięgła pędni są przeprowadzane pod torami. Zmianę biegu umożliwiają krążki załomowe.

   
Prowadzenie pędni po obszarze torowisk

   
Koło załomowe drutu pędnego

   
Pędnie biegnące od napędu do nastawni

   
Naprężacze pędni

Więcej informacji na temat urządzeń mechanicznych scentralizowanych znajduje się - tutaj.

6) Napędy zwrotnicowe elektryczne
To mechaniczne urządzenia sterowane elektrycznie służące do samoczynnego przestawiania zwrotnicy. W skład napędu zwrotnicowego wchodzi między innymi silnik elektryczny z przekładniami służące do sterowania pracą zwrotnicy oraz w niektórych zespół urządzeń kontrolnych i blokujących iglice.

   
Przykładowe napędy elektryczne 

Napędy zwrotnicowe mocowane są za pośrednictwem specjalnie ukształtowanych ram wsporczych do podrozjazdnic.

   
Przykładowe mocowania napędu do podrozjazdnic

Każdy napęd przystosowany jest do ręcznego sterowania zwrotnicą z wykorzystaniem korby ręcznej.

Pokrywa gniazda korby do ręcznego sterowania (położenie "-" w lewo, a położenie "+" w prawo)

Na pulpicie kostkowym w nastawni zainstalowane są manipulatory za pośrednictwem których uruchamia się napęd zwrotnicowy, który ustawia zwrotnicę w żądane położenie. Każda zwrotnica ma swoje położenie zasadnicze. Odpowiednie wciśnięcie lub podciągnięcie manipulatora przez okres nie krótszy niż 2 sekundy powoduje przestawienie zwrotnicy z kierunku zasadniczego na wybrany lub pozostawienie zwrotnicy na kierunku zasadniczym.
W najnowocześniejszych rozwiązaniach technicznych zamiast z pulpitu kostkowego, ruchem pociągów steruje się za pośrednictwem komputerów.

   
Fragment pulpitu kostkowego (opis na powiększeniu)

Więcej informacji na temat nastawni z urządzeniami przekaźnikowymi i komputerowymi znajduje się - tutaj, a na temat prowadzenia ruchu pociągów - tutaj.

Na trasach, po których pociągi poruszają się z dużymi prędkościami stosuje się rozjazdy o bardzo dużych promieniach (np. 1200m). "Ostry" rozjazd przy dużej prędkości doprowadziłby do wykolejenia pociągów. W takich rozjazdach stosowane są bardzo długie iglice, aby zestawy kołowe łagodnie przejeżdżały na odpowiednie tory. W związku z rozwiązaniami wyżej opisanymi do sterowania zwrotnicami stosuje się po kilka napędów zwrotnicowych w celu zapewnienia prawidłowego docisku iglic do szyn oraz ich profilu. Wszystkie napędy danej zwrotnicy działają równolegle.

 
Zestaw napędów automatycznych rozjazdu

Napędy automatyczne rozpruwalne trzymają iglicę dosuniętą z siłą do 80 kN, natomiast nierozpruwalne trzymają iglicę dosuniętą z siłą 250 kN.

7) Numeracja napędów zwrotnicowych
Każdy napęd (rozjazd) zwrotnicowy posiada swój numer, który ułatwia jego identyfikację. W przypadku napędów automatycznych lub mechanicznych scentralizowanych ich numery umieszczane są na ich obudowach lub na osobnych tabliczkach usytuowanych przy danym napędzie.
Numery napędów ręcznych umieszczane są z reguły na wskaźniku zwrotnicowym, gdyż każdy napęd ręczny w taki wskaźnik jest wyposażony.

   
Numer na obudowie

   
Numer na tabliczce

   
Numer na wskaźniku zwrotnicowym

8) Zamknięcia nastawcze i kontrola pracy iglic
a) Zamknięcia nastawcze to elementy budowy mechanizmów zwrotnicowych, które zapewniają prawidłowe przyleganie iglicy dosuniętej do szyny. Urządzenia te nie dopuszczają do samoczynnego odsunięcia się iglicy od szyny gdy po rozjeździe przejeżdża pociąg.

Rozróżnia się dwa rodzaje zamknięć nastawczych: zamknięcie suwakowe i hakowe.
- suwakowe zamknięcie nastawcze:
Omawiany typ zamknięć stosuje się w rozjazdach z szynami S49 lub UIC 60 (60E1). Składa się on z dwóch zespołów zamknięć (po jednym dla iglicy). W skład każdego zespołu wchodzi prowadnica oraz klamra. Zespoły zamknięć połączone są ze sobą suwakiem, który pełni rolę ściągu iglicowego, czyli elementu łączącego iglice. Ściąg iglicowy poruszany jest poprzez cięgno napędu zwrotnicowego.
Klamry przymocowane są przegubowo za pośrednictwem sworzni do stóp iglic.
Prowadnice natomiast przytwierdzone są do szyn z opornicami i służą do prowadzenia suwaka i klamer podczas pracy napędu zwrotnicowego.

   
Zamknięcie nastawcze suwakowe (opis na 1 powiększeniu)

   
Prowadnica klamry i suwaka (opis na powiększeniu)

   
Ściąg iglicowy (opis na powiększeniu)

Przesuwanie się iglic w zwrotnicach klasycznych (wolnobieżnych) wyposażonych w zamknięcia nastawcze można podzielić na trzy etapy:
etap pierwszy - uruchomiony napęd zwrotnicowy porusza ściągiem iglicowym powodując częściowy ruch iglicy odsuniętej oraz otwieranie zamknięcia nastawczego na iglicy dociśniętej bez zmiany jej położenia.

 
Zamek iglicy dociśniętej - zamknięty (opis na powiększeniu)

   
Zamek iglicy odsuniętej - otwarty (opis na powiększeniu)

etap drugi - gdy ząbek klamry zaklinuje się w wycięciu suwaka (zamknięcie w pełni otwarte) to obydwie iglice są przeciągane jednocześnie, gdyż suwak pcha / ciągnie klamrę, która jak wspomniałem jest przymocowana do stopy iglicy. Na tym etapie iglica, która w poprzednim położeniu była odsunięta zostaje dociśnięta do szyny z opornicą.

etap trzeci - to dalszy przesuw ściągu iglicowego, powodujący dalsze odsuwanie iglicy odsuniętej. Natomiast zamek nastawczy iglicy dociśniętej w etapie drugim zostaje zamknięty - ząbek klamry, po wysunięciu się z prowadnicy, zostaje wypchnięty z wycięcia suwaka i klamra zostaje zaklinowana pomiędzy ścianką prowadnicy, a profilem suwaka, co uniemożliwia ruch iglicy. Na tym etapie kończy się praca napędu zwrotnicowego - zwrotnica jest przestawiona i gotowa do przejazdu pociągu.


Animacja faz przesuwu iglic zwrotnicy wolnobieżnej

Informacje o zwrotnicach szybkobieżnych, stosowanych na stacjach rozrządowych znajdują sie w ramach opisu stacji rozrządowych - tutaj.

Schemat zamykania i otwierania zamknięć nastawczych
A - etap 1
      Zamknięte - klamra zakleszczona pomiędzy suwakiem a ścianą prowadnicy.
           Otwarte - przesuw obydwu iglic.
B - etap 2
      Podczas otwierania - przesuwanie suwaka umożliwia zakleszczenie klamry w jego wycięciu.
           Iglica dociśnięta do szyny - dalej klamra nie może się przesunąć.
C - etap 3
      Otwarte
           Podczas zamykania - wypust klamry wychodzi z wycięcia suwaka.
D - etap 4
      Otwarte - przesuw obydwu iglic.
          Zamknięte - klamra zakleszczona między suwakiem, a ścianką prowadnicy.  

Animacja otwierania / zamykania zamknięć nastawczych suwakowych

Jeżeli rozjazd jest jednocześnie izolowanym obwodem zwrotnicowym wówczas ściąg iglicowy również musi posiadać izolację, która oddziela elektrycznie iglice od siebie. Poniższa fotografia przedstawia złączkę izolującą w ściągu iglicowym:

 
Izolacja ściągu iglicowego (opis na 1 powiększeniu)

- zamknięcia nastawcze hakowe:
Zamknięcia nastawcze hakowe są stosowane przy rozjazdach z szynami typu S42.

   
Zamknięcia nastawcze hakowe (opis na 1 powiększeniu)

   
Zamknięcie nastawcze hakowe otwarte



Schemat działania zamknięcia nastawczego hakowego
A - zamknięte - iglica dosunięta / otwarte - iglica odsunięta
B - przesuw iglic
C - otwarte - iglica odsunięta / zamknięte - iglica dosunięta


Animacja działania zamknięcia nastawczego hakowego


W zamknięcia nastawcze powinny być wyposażone wszystkie rozjazdy torów głównych z napędami ręcznymi, scentralizowanymi lub automatycznymi. Urządzeń tych nie muszą posiadać rozjazdy torów bocznych, które w takiej sytuacji posiadają iglice na sztywno połączone z cięgnem napędu iglic.


Zwrotnica bez zamknięć nastawczych

W przypadku konieczności zabezpieczenia rozjazdu przed przestawieniem, np. w sytuacji nieprawidłowo działających urządzeń nastawczych lub w przypadku niewyposażenia rozjazdu w zamknięcia utrzymujące docisk iglic, mogą być przy zwrotnicach stosowane zamki do ręcznego blokowania iglic. Przykładem mogą tu być zamki trzpieniowe, które stosuje się po stronie iglicy odsuniętej od opornicy. W tym przypadku trzpień zamka blokuje iglicę odsuniętą, uniemożliwiając jej przesunięcie.

   
Zamki trzpieniowe (opis na 1 powiększeniu)


Film o zakładaniu i działaniu zamka trzpieniowego (autor: M. Piątkowski)


Oznaczenie na szynie miejsca do montażu zamka i otwory montażowe w szyjce szyny

Innym rozwiązaniem są zamki ryglowe:

   
Napęd zwrotnicowy ręczny z zamknięciem kluczowym - zamek ryglowy (opis na powiększeniu)

   
Zamknięcie ręczne zwrotnicy po stronie iglicy dosuwanej do opornicy (opis na powiększeniu)

 
Zamknięcia kluczowe na iglicach dolegającej i odlegającej (przy napędzie elektrycznym)

Powyższe zamknięcia wykorzystuje się w sytuacji, gdy konieczne jest mechaniczne zamknięcie iglic w danym położeniu np. w sytuacji awarii napędu zwrotnicowego lub konieczności zablokowania rozjazdu, aby nie mógł być omyłkowo zdalnie przestawiony, ze względu na określoną sytuację ruchową.


b) Kontrola położenia iglic i blokada zwrotnicy

- rozjazdy nierozpruwalne - są to rozjazdy, w których iglice zwrotnicowe są zamykane mechanicznie za pośrednictwem zamków trzpieniowych i rygli (zamykanie ręcznie) lub rozjazdy zamykane mechaniczne za pomocą rygla mechanicznego.
W tego typu rozjazdach, gdy nastąpi sytuacja, że jadący tabor w kierunku zjazdowym (z ostrzem iglicy) natrafi na źle ustawioną zwrotnicę nie zmieni on jej położenia lecz dojdzie do wykolejenia pociągu lub trwałego uszkodzenia zwrotnicy.

- rozjazdy rozpruwalne - są to rozjazdy, które nie posiadają mechanicznego zamknięcia, a jadący tabor w kierunku zjazdowym spowoduje samoczynne przestawienie iglic na odpowiedni kierunek.

Mechanizmy zwrotnicowe, które instalowane są przy szlakach głównych z reguły posiadają urządzenia do kontroli pozycji i docisku iglic oraz ewentualnie ich blokady. W takiej sytuacji oprócz wcześniej opisanych zamknięć nastawczych, każda iglica połączona jest z napędem zwrotnicowym poprzez osobne cięgno kontrolne. W mechanizmach zwrotnicowych ręcznych na końcach tych cięgien mogą występować elementy służące do blokady zwrotnicy, o których była mowa przy okazji rozjazdów nierozpruwalnych.
W elektrycznych napędach zwrotnicowych cięgna kontrolne wchodzą do obudowy napędu, gdzie znajdują się urządzenia pomiarowo kontrolne prawidłowej pracy każdej z iglicy. Zwrotnice z napędami elektrycznymi są rozpruwalne, gdyż nie posiadają mechanicznych urządzeń blokady.

  
Cięgna kontrolne położenia iglic (opis 1 na powiększeniu)

   
Cięgna wychodzące z napędu zwrotnicowego (opis na powiększeniu)

Osłony cięgien



9) Wskaźniki rozjazdowe
Rozjazdy z napędami mechanicznymi ręcznymi i mechanicznymi scentralizowanymi zawsze posiadają wskaźniki informujące o położeniu zwrotnicy (kierunku przejazdu). Rozjazdy napędami automatycznymi w dużej ilości przypadków takich wskaźników nie posiadają (szczególnie najnowsze rozjazdy).

   
Rozjazd z napędem automatycznym i wskaźnikiem


Działanie wskaźników:
Ruch iglic zwrotnicy powoduje za pośrednictwem odpowiednich przełożeń dźwigniowych odpowiednie ustawienie obrazu sygnałowego na wskaźniku.
Wskaźniki zwrotnicowe mogą być podświetlane lub nie. Wskaźniki niepodświetlane są często wykonywane z materiałów odblaskowych.


Wskaźniki przy rozjazdach zwyczajnych

 
Mechaniczny wskaźnik ustawienia zwrotnicy - niepodświetlany (1) i podświetlany (2)

   
Przekładnia mechaniczna obrotu wskaźnika

   
Jazda w kierunku zwrotnym i numer rozjazdu


Pod koniec filmu pokazane działanie przekładni napędu wskaźnika zwrotnicowego



Wskaźniki przy rozjazdach krzyżowych

   
Mechaniczny wskaźnik kierunku przejazdu po rozjeździe krzyżowym

 
Przekładnia dźwigniowa dzięki której zmienia się obraz na powyższym wskaźniku pod wpływem ruchu iglic (opis 1 na powiększeniu)




10) Ogrzewanie rozjazdów
Aby mechanizmy zwrotnicowe mogły prawidłowo funkcjonować przy niskich temperaturach, rozjazdy wyposaża się elektryczne ogrzewanie w postaci drutu oporowego poprowadzonego po szynach zwrotnicowych (opornicach). Przepływający drutem prąd powoduje jego rozgrzewanie, a co się z tym wiąże nagrzewanie szyn. Powoduje to topienie śniegu opadającego szyny, który bez rozmrażania mógłby zablokować możliwość przesuwania iglic.
W ogrzewanie zwrotnic wyposaża się głównie rozjazdy torów głównych.

 
Druty oporowe biegnące po stopie szyny

   
Przyłącza kablowe drutu oporowego

   
Starego typu skrzynia transformatorowa ogrzewania (1 i 2) i przykładowy schemat obwodu ogrzewania (3)


Nowego typu skrzynia transformatorowa ogrzewania z tworzywa sztucznego i kable zasilające