kolej

kolej,

system transportu osób i ładunków za pomocą pojazdów poruszających się po wyznaczonym torze.

Ludzi i ładunki przewozi się najczęściej w wagonach ciągniętych po torze przez lokomotywy, w wagonach silnikowych lub zespołach trakcyjnych, a w niektórych rozwiązaniach — w wagonikach, krzesełkach itp. przemieszczanych za pomocą lin lub sił grawitacji. Infrastrukturę k. stanowią kolejowe drogi tworzące sieć kol., systemy zasilania energ. i sterowania ruchem kol., dworce, punkty ładunkowe i warsztaty zaplecza techn.; zwykle zalicza się do niej także tabor kolejowy. Eksploatacją k. zajmują się służby: drogowa, trakcji i wagonów, automatyki i łączności, przewozów i ruchu kolejowego. Najbardziej rozpowszechniona jest k. o torze 2-szynowym: normalnotorowa (szer. toru 1435 mm), szerokotorowa (np. 1676 mm — k. hiszp., 1524 mm — k. ros., ukr.) oraz wąskotorowa (np. 1000 mm, 750 mm, 600 mm, nawet 375 mm).

Rozróżnia się k.: użytku publicznego i użytku niepublicznego (np. przem., kopalniana). Wśród linii kol. użytku publicznego ważną funkcję pełnią magistrale kol. charakteryzujące się znacznym obciążeniem przewozami i dużymi prędkościami pociągów (np. w Polsce — Centralna Magistrala Kolejowa Śląsk–Warszawa); wśród k. publicznej rozróżnia się także k. miejską i regionalną. K. miejska obsługuje wielkie miasta, użytkuje gł. zespoły trakcyjne i jest przystosowana do szybkiej wymiany pasażerów; ze względu na małe odległości między przystankami i konieczność uzyskiwania dużych prędkości musi mieć możliwość szybkiego przyspieszania i szybkiego hamowania; k. miejskie są prowadzone na wydzielonych torach, często pod ziemią (metro) lub na estakadach. K. regionalna, obsługująca np. duże regiony przem., ma te same cechy, ale jej tory są budowane przeważnie na powierzchni ziemi. K. przemysłowa jest przeznaczona do obsługi wielkich zakładów przem. (huty, cementownie, zakłady chem.); charakteryzuje się gęstą siecią torów, przeważnie o małych promieniach łuków; jej wagony są przystosowane do przewozu określonych ładunków (węglarki, cysterny, wagony do przewozu na dużą odległość płynnej siarki lub surówki); niekiedy wagony mają własny napęd (transfercary). K. kopalniana użytkuje wagony samowyładowcze i lokomotywy o małej skrajni, przeważnie elektr.; ze względu na groźbę wybuchu gazów wszystkie urządzenia elektr. są umieszczone w ognioszczelnych obudowach. Do obsługi pasażerskiego ruchu miejscowego, małych zakładów przem., tartaków, sieci k. leśnych stosuje się czasem k. wąskotorową; lekki tabor i lekka konstrukcja torów (małe naciski kół) umożliwiają prowadzenie tej k. w każdym terenie, bez konieczności wykonywania skomplikowanych prac ziemnych; łatwe jest układanie i rozbieranie torów; dawniej k. wąskotorowe odgrywały ważną rolę w gospodarce, obecnie tracą to znaczenie, ale pozostają atrakcją turystyczną. K. górska jest budowana przy dużym pochyleniu lub spadku wzniesienia (30‰ i więcej), jej tory mają małe promienie łuków; duże różnice wzniesień są pokonywane za pomocą trawersów (zakosów) lub nawet tuneli spiralnych. Przy dużych pochyleniach torów nie wystarcza napęd adhezyjny (przyczepność koła do szyny), stosuje się wtedy napęd za pośrednictwem zębatego koła i zębatej szyny (k. zębata) lub za pomocą liny (k. linowo-terenowa; 2 wagony są doczepione do 2 końców liny napędzającej oplecionej na krążku napędnym w górnej stacji k.).

Z wielu rozwiązań k. niekonwencjonalnych zastosowanie znalazły: k. linowe, k. jednoszynowe (podwieszone i siodłowe) oraz k. na poduszce magnetycznej. W k. linowej pojazd (wagonik, krzesełko) jest ciągnięty przez linę napędową po torze linowym utworzonym przez linę nośną (niekiedy jednocześnie napędową), rzadziej wagonik ma własny napęd i przesuwa się po nieruchomej linie. Najpopularniejszą polską k. linową zbud. 1936 w Tatrach, z Kuźnic na Kasprowy Wierch, dł. 4,3 km. W wielu systemach k. niekonwencjonalnych tor ma postać belki lub koryta (stalowych lub betonowych), wspartych na słupach. Taka konstrukcja toru ułatwia prowadzenie linii w terenie (zbędne stają się nasypy, groble, wiadukty). Do napędu stosuje się zwykle elektr. silniki liniowe. Praktyczne znaczenie zyskuje k. na poduszce magnet., która może być zrealizowana przez odpychanie się lub przyciąganie bardzo silnych magnesów stałych lub elektromagnesów ułożonych w torze i umieszczonych w pojeździe; siły wzajemnego przyciągania magnesów stałych wykorzystano np. w niem. systemie Transrapid. Często na trasach, gdzie planowano kiedyś k. niekonwencjonalne, jeżdżą obecnie konwencjonalne pociągi nowej generacji: we Francji TGV, w Niemczech ICE, w japonii (Tokio–Osaka) Tokaido, w USA (Boston–Waszyngton) — Amtrak.

Historia kolei.

Podstawowe cechy k. ukształtowały się na przeł. XVIII i XIX w. Tor kol. był znany już w XVI w., ale dopiero w poł. XVIII w. zaczęto stosować szyny metal. w formie odlewanych sztab, później (1789) Anglik W. Jessop wprowadził szynę profilowaną, dwugłówkową. Około 1830 szyna przybrała kształt zbliżony do obecnego (z główką, szyjką i stopą), a ok. 1862 zaczęto walcować szyny ze stali. Do poruszania wózków po torze wykorzystywano siłę mięśni ludzi i koni. Pierwszą udaną próbę ciągnięcia wózków za pomocą machiny parowej przeprowadził R. Trevithick (1804). W 1825 otwarto pierwszy odcinek publicznej linii kol. z trakcją parową na trasie ze Stockton-on-Tees do Darlington (W. Brytania) do przewozu osób i towarów. W 1829 G. Stephenson zbudował lokomotywę parową Rakieta, której konstrukcja miała już podstawowe cechy współcz. parowozu. Zwycięstwo Rakiety w  „wyścigu lokomotyw” (Rainhill, 9 X 1829) uznaje się za moment narodzin parowej k. żelaznej; zapoczątkowało ono bardzo szybki rozwój k.: 1829 było ok. 100 km linii, 1840 — już ok. 9000 km, a 10 lat później — prawie 40 000 km. W końcu lat 20. XIX w. powstały linie kol. w USA, 1830 — we Francji, 1835 — w Belgii i Niemczech, 1839 — w Austrii, 1844 — w Danii i Szwajcarii, 1854 — w Brazylii, 1855 — w Indiach. W Japonii pierwszą linię kol. zbud. dopiero 1872, a w Chinach — 1876. Pierwszą linią kol. na ziemiach pol. (wówczas niem.) był odcinek Wrocław–Oława (1842), a pierwszą linią zaprojektowaną i zbudowaną przez Polaków była Kolej Warszawsko-Wiedeńska. W 2. poł. XIX w. powstały wielkie szlaki kol.: k. transalpejska (1845), transandyjska (1876), a na pocz. XX w. — transsyberyjska (1916). Doskonalono systemy bezpieczeństwa, m.in. 1840 wprowadzono semafor ramienny, a 1872 G. Westinghouse wyposażył pociągi w samoczynny, zespolony hamulec powietrzny. Poprawiała się również wygoda podróżowania: 1830 wprowadzono resorowanie pudeł wagonów, 1863 G.M. Pullman zbudował wagon osobowy o zupełnie nowej konstrukcji (na wózkach, z przedziałami i korytarzem wzdłuż wagonu), 1868 zbudowano wagon restauracyjny, 1888 wprowadzono oświetlenie w wagonach. Doskonalono również konstrukcje lokomotyw: 1847 T. Crampton zbudował parowóz o długim kotle i kołach o dużej średnicy (prawie 3 m), który osiągnął prędkość 126 km/h. W 1876 A. Mallett zbudował parowóz wieloczłonowy, 1898 wprowadzono przegrzewanie pary. W końcu XIX w. skonstruowano lokomotywę elektr. (1879) i 1895 zelektryfikowano pierwszy odcinek linii kol. (Baltimore–Ohio). W 1903 lokomotywa elektr. pobiła rekord prędkości na szynach osiągając 211 km/h, 1912 skonstruowano lokomotywę spalinową. W 1922 bracia Ljunström zastosowali turbinę w parowozie, a 1941 w Niemczech zbudowano lokomotywę spalinową z silnikiem turbinowym. W poł. XX w. lokomotywy były zdolne prowadzić pociągi o masie ponad 10 000 t. Rekordy prędkości współcz. pociągów przekraczają 500 km/h. Obecnie w większości krajów kolej przechodzi zasadnicze zmiany w zakresie techn., organizacyjnym i ekon., spowodowane zarówno nowymi rozwiązaniami techn. i technologiami, jak i silną konkurencją innych środków transportu: samochodów przy niewielkich odległościach i samolotów na długich trasach; przeobrażenia te nie ominęły PKP.

Większość zmian techn. dotyczy ulepszania k. konwencjonalnej; konstrukcja pojazdów, toru i urządzeń sterowania umożliwia uzyskiwanie wysokiego komfortu i wygody podróżowania z dużą prędkością. Uważa się, że konwencjonalny pociąg zasilany energią elektr. z sieci trakcyjnej może, zachowując bezpieczeństwo, osiągać prędkość do 350 km/h, co na pasażerskich liniach krajowych w pełni zaspokaja potrzeby. W wielu krajach kursują już pociągi pokonujące trasy ze średnią prędkością ponad 200 km/h (w Japonii — Hikari, we Francji — TGV, w Niemczech — ICE, we Włoszech — ETR). Niemcy i Chiny zdecydowały się jednak na rozpoczęcie budowy publicznej linii kol. na poduszce magnet. (system Transrapid). W Polsce są modernizowane niektóre trasy w celu dostosowania ich do jazdy pociągów ze średnimi prędkościami 160–200 km/h; obecnie kursujące na kilku trasach w Polsce pociągi InterCity nie osiągają takich prędkości. W transporcie towarowym dąży się do przewozu ładunków w wagonach specjalnie przystosowanych (specjalizowanych), o dużej ładowności, z dużą prędkością (ponad 150 km/h). Doskonali się tory, powszechnie stosując szyny bezstykowe mocowane sprężyście do betonowych podkładów; wprowadza się zautomatyzowane i skomputeryzowane systemy zabezpieczeń i sterowania ruchem; pojazdy trakcyjne o komputerowo sterowanym procesie pracy umożliwiają osiąganie założonych parametrów (prędkości, mocy) przy optymalnym wykorzystaniu energii; są prowadzone także prace nad nowymi systemami transportu kol. niekonwencjonalnego.

W zakresie organizacji przedsiębiorstw kol. następuje wyraźny podział zadań na czysto przewozowe i obsługowe; w wielu krajach, w tym w Polsce, dąży się do pozostawienia w przedsiębiorstwach kol. tylko służb ściśle związanych z pracą przewozową (służby trakcji, wagonów, ruchu), pozostałą działalność (m.in. łączność, zakłady naprawcze) powierzając innym, wyspecjalizowanym przedsiębiorstwom; dąży się do rozdziału zadań transport. między poszczególne, prawie samodzielnie działające jednostki; umożliwi to naliczanie kosztów związanych z samym procesem transport. i zmniejszenie opłat; w celu zachęcenia pasażerów do korzystania z usług k. w wielu krajach są uruchamiane specjalne pociągi w bezpośrednich relacjach między miastami lub ważnymi ośr. przem., na długich trasach — pociągi do jednoczesnego przewozu pasażerów i ich samochodów oraz nocne pociągi hotelowe; są stosowane zróżnicowane taryfy (np. wycieczkowe, rodzinne, dla młodzieży). W dziedzinie organizacji przewozów towarowych uruchamia się usługi przewozowe „od drzwi do drzwi” (czyli wprost od nadawcy do odbiorcy, bez konieczności przeładunków); dostosowuje się środki transportu do wymagań klienta, np. podstawiając wagony specjalizowane, odpowiednio wyposażone (chłodzone, podgrzewane) i ułatwiające prace ładunkowe (otwierane dachy, odsuwane ściany); organizuje się przewozy kombinowane — drogowo-szynowe, np. w kontenerowym systemie transport. albo od niedawna stosowanym bimodalnym systemie transportu, wykorzystującym specjalne jednostki transport. przypominające kontenery, do których można dołączyć koła w celu przystosowania do ciągnięcia przez ciągnik siodłowy, jednostki te można też ustawić na wózkach torowych.

W sferze ekon. istotne jest wyeliminowanie nierentownych usług kol., gł. przewozów na mało obciążonych liniach bocznych i lokalnych; niewielki ruch pasażerski mogą tam obsługiwać małe pojazdy kol. (np. autobusy szynowe), a ładunki może przejąć transport drogowy; niektóre linie lokalne są prywatyzowane lub oddawane w dzierżawę samorządom lokalnym; w celu zmniejszenia w przewozach pasażerskich deficytu uruchamia się więcej pociągów ekspresowych i specjalnych (np. typu InterCity); zarządy kolei rewidują też systemy zniżek i przywilejów taryfowych.

Stephenson George i Robert, lokomotywa „Planet” (1831), na trasie Liverpool-Manchester, rycina

Peru, Callao-La Oroya, najwyżej położona linia kolejowa na świecie

Kolejka gondolowa w Hajfie

Pociąg pasażerski systemu Shinkansen na stacji w Kioto (Japonia)

Lokomotywa parowa

Parowóz Trevithicka, 1804

The Judge, amerykańska lokomotywa elektryczna (1883); jedna z pierwszych eksperymentalnych lokomotyw elektrycznych.