Kolejivo - základní údaje

Pojem kolejivo je jistě každému zřejmý již svým názvem. Pokusme se však tento pojem vymezit přesněji. Do této skupiny modelářského materiálu patří všechny druhy kolejí (přímé, obloukové, flexi), ale také výhybky (obyčejné, obloukové, křižovatkové), křižovatky a kolejové splítky (kolej pro více než jeden rozchod), dále u ručně montovaných kolejí sem patří kolejnicové pruty a pražcové podloží, ať již pro pražce dřevěné, ocelové nebo betonové. Dále sem patří drobné kolejivo (tj. upevňovadla) pro individuální stavbu kolejí na vlastní dřevěné pražce a speciálních výhybkových spojení. My se v tomto článku budeme zabývat jen hotovými výrobky, případně ručně montovaným kolejivem s plastovým pražcovým podložím s vylisovanými příchytkami.

Konstrukce skutečné koleje
Kolej (ať už skutečná nebo modelová) má pražcové pole na němž jsou položeny a připevněny dva ocelové nosníky, po kterých jezdí kola železničních vozidel. Těmto podélným nosníkům se říká kolejnice. Kolejnice mají speciální tvar a jejich průřez se nejvíce podobá nosníku "I" běžně používanému ve stavebnictví, a jehož hlavním posláním je udržet namáhání na průhyb, způsobené zátěží vlaku. Dolní část kolejnice se nazývý "pata", svislá střední část se nazývá "stojina" a obě tyto části jsou tvarově téměř shodné s nosníkem normálního průřezu "I". Horní část kolejnice je však uzpůsobena tomu, že po ní jezdí ocelová kola lokomotiv a vozů. Této části se říká hlava kolejnice. Její tvar je hřibovitý. Železniční kola jezdí po temeni hlavy a aby nesklouzla do strany, mají na svém jízdním profilu okolek, který se může opírat o hlavu kolejnice z vnitřní strany koleje. Za normálních okolností (na přímých kolejích nebo na kolejích s velkými poloměry oblouků) se však okolky koleje téměř vůbec nedotýkají, protože jízdní profil železničních kol je mírně kuželový a dvojkolí v koleji volně "plavou" ze strany na stranu, protože jedou po své kuželové pojízdné ploše aniž by se okolky dotýkaly kolejnic. Jen v obloucích s menšími poloměry k tomuto dotyku pravidelně dochází vlivem odstředivé síly a na boku hlavy vnější kolejnice pak dochází k opotřebení, které je dobře vidět pouhým okem. Další podrobnosti najdete v článku dvojkolí a kolej.

Rozchod
Vzdálenost vnitřních horních hran kolejnic v koleji se nazývá rozchod. Je to zcela zásadní technický údaj o rozměru koleje, a slouží k tomu, aby vzdálenost kol ve dvojkolí byla shodná se vzdáleností kolejnic a aby dvojkolí po kolejnici mohlo jezdit. Rozchod kolejí byl normalizován již v době vzniku a prvního rozmachu železnic před více než 150 lety. Normální rozchod se tehdy ustálil na rozměru 1435 mm (56,5 palce) a postupně se rozšířil do celého světa. Většina drah na světě má tento normální rozchod. V Anglli kdysi existovalo několik širokých rozchodů, které však postupem doby zanikly.

Široké rozchody dodnes zůstaly už jen v několika oblastech na světě. Tzv. ruský rozchod 1524 mm (přesně 5 stop) se používal v Rusku (a později v celém Sovětském Svaz), Finsku, Afganistánu a Mongolsku. Dnes jej používá už jen Finsko. V Rusku a zemích bývalého Sovětského svazu, Afganistánu a Mongolsku se nyní používá rozchodu 1520 mm, který vzniknul mírnou úpravou z původního "ruského" rozchodu.
Další země s širokým rozchodem jsou Španělsko a Portugalsko - tzv. iberský rozchod - 1668 mm, dále existuje indický a argentinský rozchod 1676 mm (Argentina, Indie, Pakistán, Bangladéš).

Kromě normálního a širikého rozchodu dodnes existují i dráhy úzkorozchodné. Ty se stavěly pro úsporu při stavbě a údržbě drah a také proto, že umožňují oblouky s menšími poloměry. V Evropě převládají úzkokolejné dráhy s rozchody 1000 mm (tzv. rozchod metrový) a 760 mm (někde 750 mm). Např. úzkorozchodky kolem Jindřichova Hradce a úzkorozchodné dráhy v Rakousku mají rozchod právě 760 mm. V Sasku (tj. v německu kolem Drážďan) je používán úzký rozchod 750 mm. Také normy modelové železnice podporují především výše uvedené úzké rozchody 1000 mm a 760 mm (podrobněji viz dále). Ještě užší rozchody mají různé podnikové a polní dráhy a vlečky (900mm, 800 mm a 600mm, ale i další). Většina z těchto drah s nejužšími rozchody však již dávno zanikla.

Kromě již uvedených nejvíce používaných rozchodů existuje v různých státech světa řada drah s jinými rozchody, ale z hlediska celosvětového jde většinou o méně významné dráhy a my zde ani nemáme prostor pro vyjmenování všech takových rozchodů a drah.

Normy NEM (tj. normy evropských modelových železnic) reflektují výše uvedenou rozmanitost rozchodů následovně: V každé základní modelové velikosti (2, 1, 0, S, H0, TT, N, Z) je normalizováno (a většinou se i vyrábí) kolejivo pro normální rozchod. Ruský rozchod je šiší jen o 85 mm, takže se pro jeho modelování používá normálně rozchodné kolejivo (podobné je to i pro iberský rozchod).
Z úzkých rozchodů tyto normy přímo podporují dva v evropě nejrozšířenější rozchody, a to rozchod 1000 mm a rozchod 760/750 mm (přitom rozchod 760 a 750 se z hlediska modelářského považují za jeden). Už samo odstupňování měřítek modelových velikostí umožňuje při modelování úzkorozchodek použití rozchodů sousedních modelových velikostí. Např. H0 má normální rozchod 16,5 mm, metrová úzkorozchodka má označení H0m a rozchod 12 mm (stejně jako velokost TT), a úzkorozchodka 760/750 mm se označuje H0e a používá rozchod 9 mm (stejně jako velikost N). Podobně to funguje i ostatních modelových velikostech. Více viz norma NEM 010 Modelové velikosti.

Druhy kolejiva - geometrie
Základním druhem kolejiva je přímá a oblouková kolej. Už sám název napovídá, že přímá kolej má kolejnice přímé, zatímco oblouková má kolejnice do oblouku. U obloukových kolejí se uvádí poloměr oblouku. Ten se měří od středu oblouku do osy koleje. Osa koleje je křivka (u přímých kolejí přímka), která je uprostřed mezi kolejnicemi a je s nimi rovnoběžná (a má tedy stejné vzdálenosti od obou kolejnic). Při kreslení plánů kolejiště se postupuje tak, že se kreslí většinou jen osa koleje (nikoliv jednotlivé kolejnice).
Pro odbočení kolejí se používá výhybka (viz obrázek). Výhybky jsou buď obyčejné (jedna kolej výhybky je přímá) nebo obloukové (obě koleje výhybky jsou obloukové). Pro křížení kolejí se používá křižovatka. Dále existuje křižovatková výhybka (tzv. angličan), která umožňuje jak jízdu přímou (jako křižovatka), tak i jízdu dvěma oblouky (dvojitá křižovatková výhybka) nebo jen jedním obloukem (jednoduchá křižovatková výhybka). Použití křižovatkových výhybek šetří ve zhlaví stanic cenné místo. Kromě výše vyjmenovaných výhybek existují ještě další druhy speciálních výhybek (např. výhybky štíhlé) a výhybkových spojení (např. dvojitá kolejová spojka s překřížením) a další.

Přímá a oblouková kolej
Přímá kolej se ve skutečnosti vytvořila tak, že na štěrkové podloží se položily pražce a na ně pomocí upevňovadel namontovaly kolejnice. Potom se dosypal další štěrk a podbil se pod pražce a kontrolovala se geometrie (tj. přímost) koleje. Oblouk vzniknul tak, že se kolejnice prostě ohnuly do požadovaného poloměru. U velkých poloměrů (tj. od 200 metrů výše, jaké se na železnici převážně používají) k tomuto ohybu nejsou potřeba žádné velké síly. Dnes již se koleje předmontují jinde a na místo pokládky se dovezou speciálními vozy. Výrazně se tím zrychluje výměna koleje.

U modelového kolejiva je to podobné. Existují oba způsoby výroby kolejí. Většina výrobců vyrábí hotové kolejivo v různých modulových délkách, aby se dalo skládat do kolejiště. Tyto koleje jsou však většinou poměrně krátké (nejdelší typicky zhruba od 100 až 300 mm podle měřítka a výrobce) a vybavené na koncích kolejnicovými spojkami. Tímto způsobem se vyrábí přímé i obloukové koleje i výhybky. Výhodou tohoto systému je, že bez větší zručnosti lze poměrně snadno sestavit jednoduchý layout malého kolejiště. Zásadní nevýhodou tohoto systému však je, že ani ten nejlepší systém odstupňování délek a poloměrů kolejiva vám neumožní postavit kolejiště přesně na míru tak jak chcete vy, a musíte se mu vždy nějak přizpůsobovat. Někdy i přes modulární skladebnost kolejiva musíte délky některých kolejí upravovat (řezat na potřebné délky). Na větším nebo složitějším kolejišti je tomu tak téměř vždy. Navíc, a to je ještě závažnější, jste nuceni kolejiště skládat z poměrně krátkých kousků kolejí tam, kde byste mohli dát koleje dlouhé vcelku. Proto řada výrobců vyrábí i kolejivo "v metráži", kde si sami vyměříte, nařežete a poskládáte koleje co nejdelších délek. To je z hlediska spolehlivosti napájení vždy podstatně lepší varianta. My na našem kolejišti v KŽM používáme metrových prutů kolejiva H0 Tillig Elite, které navlékáme do plastového pražcového podloží a kvůli dlouhodobé spolehlivosti (na desítky let dopředu) řešíme napájení kolejí tak, že každý jeden kousek kolejnice (i ten nejmenší třeba ve výhybce) má připájený svůj vlastní elektrický přívod (rozuměj elektrický vodič).

Oblouky
Při jízdě kolejí v oblouku působí na každé vozidlo odstředivá síla kolmá ke směru jízdy. Proto působí vozidlo na vnější kolejnici v oblouku silami ven z oblouku směrem kolmo ke koleji. U skutečné železnice se tento problém částečně řeší převýšením vnější kolejnice nad úroveň kolejnice vnitřní. Je to vlastně naklopení celé koleje do oblouku, podobně jako se stavějí v zatáčkách klopené silnice. Převýšení v oblouku sice může vykompenzovat odstředivou sílu, ale jen při určité rychlosti vlaku. Při rychlosti větší je namáhána vnější kolejnice, tj. vozidla se snaží překlopit z oblouku ven, zatímco při rychlosti nižší je namáhána vnitřní kolejnice a vozidla se snaží překlopit směrem do středu oblouku. Dále se zde uplatňují další síly, např. trakční (tahová) síla lokomotivy tlačí vozy ke vnitřní kolejnici, a další síly zejména dynamické síly a rázy při jízdě vlaku. Celá problematika je poměrně složitá, ale závěr je poměrně jednoduchý, na skutečné železnici mají koleje v oblouku téměř vždy převýšení, až na výjimky (třeba u výhybek a pod.), a v oblouku je vždy omezena rychlost jízdy vozidel.

Na modelové železnici se převýšení v oblouku obvykle nemodeluje. Modelářský důvod je prostý, bylo by to zbytečně pracné a přinášelo by to řadu problémů. Vynechání převýšení na modelové železnici je ale možné jedině proto, že fyzika to nevyžaduje. Je to totiž dáno fyzikálními vztahy a přepočtem sil s různými mocninami měřítka. Výsledkem je to, že v malých měřítkách (tj. již kolem 1:60 a menších) jsou odstředivé síly již tak zanedbatelné, že ani při velmi vysokých modelových rychlostech na velmi malých poloměrech nepůsobí odstředivá síla provozní problém. V podstatě po přepočtu do skutečné velikosti (z velikostí HO nebo TT) to vychází tak, že obloukem o poloměru 40 metrů (v podstatě obloukem tramvajové trati) projede vlak rychlostí 200 km/hod, aniž by se převrhnul. To by na skutečné železnici takto prostě nefungovalo. Přesto že nám to kvůli odstředivé síle z fyzikálních a matematických důvodů (přepočet sil jiným měřítkem než je měřítko modelu) prochází, tak z důvodu modelového vzhledu i z důvodu spolehlivosti a funkčnosti (např. spřáhel) budeme vždycky dělat oblouky tak velkých poloměrů, jak to jen bude možné (v H0 např. alespoň 600mm, nebo 800 mm nebo raději ještě více). Například kluby modulové železnice H0 (např. FREMO nebo Zababov) mají nejmenší technicky dovolený poloměr 1000 mm, ale oblouky lokálky mají nejmenší poloměr oblouku 1400 mm, normální hlavní trať 1750 mm, dvoukolejná trať 3500 mm. To je jistě luxus, který si může dovolit jen modulová železnice, protože se provozuje ve sportovních halách apod., ale i my doma budeme z důvodů modelového vzhledu a spolehlivosti dělat oblouky co největších poloměrů. Je docela nepřirozené, ba přímo ošklivé, když se vlak s rychlíkovými vozy láme v oblouku jako věnec buřtů.

Výhybky
Jak jsme již uvedli výše, výhybky slouží k tomu, aby kolejová vozidla mohla snadno obočit z koleje, po které jedou, na jinou kolej. Konstukce výhybky je založena na tom, že se speciálně tvarované kusy kolejnic (jazyky výhybky) mohou přestavit a tím určit směr, kterým kolejová vozidla pojedou. Je mnoho různých druhů výhybek s různou geometrií: výhybka obyčejná, oblouková, symetrická, třícestná, vícecestná, křižovatková. Pro geometrii výhybky je rozhodující úhel odbočení a poloměr oblouku. Skutečné výhybky (s geometrií již 100 let starou) s rychlostí do oblouku odbočky 40 km/h mají úhel odbočení 6° nebo 7° a poloměr oblouku odbočné větve 180 nebo 190 metrů.

Nejčastěji se používají výhybky obyčejné, případně obloukové, kvůli úspoře místa také výhybky křižovatkové.

Obyčejná výhybka má jednu větev přímou a druhou odbočnou větev do oblouku (obrázek). Z hledicka geometrie a vytyčování výhybky jde tedy o přímku a oblouk, který je tečnou k této přímce. Obyčejná výhybka je buď pravá nebo levá, podle toho, na kterou stranu odbočuje (viz obrázek). Pro geometrii výhybek je zásadní úhel odbočení a poloměr oblouku. České dráhy používají dodnes klasické obyčejné výhybky s úhlem odbočení 6° případně 7°. Poloměry oblouku odbočení jsou kolem 200 m. Do odbočky se proto může jen omezenou rychlostí, obvykle 40km/h. Rychlost jízdy přímým směrem není omezena, resp. je omezena traťovou rychlostí. Samozřejmě existují i jiné typy obyčejných výhybek s menšími i většími úhly odbočení. Výhybkám s většími úhly odbočení se říká širokoúhlé. Ty se používají spíše jen výjimečně na vlečkách a tam kde jsou stísněné poměry a je možno jezdit nízkými rychlostmi. Výhybky s menšími úhly odbočení se nazývají výhybky štíhlé. Při modernizaci našich tratí se používají štíhlé výhybky už od začátku šedesátých let 20. století. Štíhlé výhybky mají menší úhly odbočení (3° až 4° a menší) a větší poloměry oblouku, a proto umožňují jízdu do odbočky vyššími rychlostmi (60 až 100 km/h). Nevýhodou štíhlých výhybek je ale podstatně větší délka výhybky a tím i vyšší cena.

Modelové výhybky však ani zdaleka nedosahují parametrů výhybek skutečných. Například ve velikosti H0 mají standardní výhybky úhel odbočení 15°, při poloměru odbočky kolem 600 mm. Existují ale i výhybky s většími úhly odbočení (18° a dokonce 22,5°). Porovnejte si to se skutečností. Existují ale i modelovější výhybky s úhlem odbočení od 9° do 12° a s poloměrem oblouku větším než 1000 mm (v H0). Např. v H0 výhybka EW3 (Tillig Elite) má úhel na srdcovce 9° a poloměr oblouku 1350 mm. Pro domácí kolejiště je ještě přijatelná např. výhybka EW1 (Tillig Elite) s úhlem odbočení na srdcovce 11° (resp. na konci výhybky 15°) a poloměrem oblouku odbočky 860 mm (v H0). Není ale záhodno jít ani do opačného extrému. Použít výhybky se skutečným úhlem odbočení kolem 6° (v H0 existují např. EW5 nebo EW6 od Tillig Elite) přináší sice skvělý modelový vzhled, ale délku jedné výhybky cca 360 mm, čili téměř dvojnásobnou délku oproti EW1), což si většinou nemohou dovolit ani kroužky (KŽM) ani kluby.

Oblouková výhybka má obě větve do oblouku. V některých případech (např. když zhlaví stanice je v oblouku apod.) je vhodnější místo obyčejných výhybek použít výhybky obloukové. Ty mají obě větve do oblouku. Obloukovou výhybky si můžeme představit jako ohnutou výhybky obyčejnou (obrázek). A skutečně se tak geometrie obloukové výhybky konstruuje. Této úpravě geometrie výhybek na obloukové se říká transformace. Samozřejmě se transformace výhybky děje na rýsovacím prkně konstruktérů (dnes už v počítačích) a neohýbá se skutečná výhybka. Ale protože konstruktéři transformují konkrétní typy existujících výhybek, lze tedy použít díly běžných výhybek. Důsledkem zákonitostí geometrie je, že obloukové výhybky vycházejí delší než obyčejné a že se tedy musí transformovat většinou výhybky štíhlé. A to platí i v modelu. Obloukové výhybky jsou prostě delší. Přesto ale mohou ušetřit místo, protože se pro zhlaví může využít oblouk.

Křižovatková výhybka
Jak už sám název napovídá jde o kombinaci křižovatky a výhybky. Kromě přímých směrů je možné jezdit i obloukem - viz obrázek). Mezi modeláři se jí také říká "angličan". Jedna křižovatková výhybka může nahradit dvě obyčejné výhybky za sebou. Použití křižovatkových výhybek tedy šetří počet použitých výhybek a proto i délku zhlaví. Právě proto jsou ve skutečnosti i na modelech používány.

Článek je rozpracován.