Podstawa kolei – szyny

Szyny są w sensie dosłownym podstawą kolei. Współcześnie stosowana standardowa szyna posiada przekrój opracowany przez Stevensa, lecz jest zwana szyną Vignolesa. Jeszcze przed jej wprowadzeniem, w XVIII i XIX wieku opracowano różne rodzaje szyn. W 1767 roku Reynolds ułożył szyny żeliwne o zarysie U-kształtnym na podkładzie drewnianym. W następnym okresie Curr opracował szynę o zarysie litery L, a Jessop w 1781 roku zastosował szynę o zarysie litery T. W 1820 roku wyprodukowano pierwsze szyny walcowane, a 18 lat później syn Stephensona –twórcy pierwszej pasażerskiej linii kolejowej –wprowadził szynę dwugłówkową. W 1832 roku Amerykanin Richard L. Stevens wprowadził szynę szerokostopową, produkowaną w Wielkiej Brytanii, która uległa spopularyzowaniu jako szyna Vignolesa. Stevens zamówił szyny w Anglii, gdyż w owym okresie w Ameryce Północnej huty nie produkowały walcowanych wyrobów. Szyny o szerokiej stopce (w amerykańskiej nomenklaturze –szyna T-kształtna kołnierzowa) zastąpiły w Ameryce Północnej szyny drewniano-stalowe, wykonane z belek drewnianych pokrytych grubą taśmą z żelaza.  Podobnie, pierwsze szyny Vignolesa wykonywane były z żelaza, a dopiero w 1857 roku zastosowano do produkcji szyn stal.

Konstrukcja szyn była stopniowo udoskonalana, tak aby otrzymać lepszą wytrzymałość (wprowadzenie elementów pionowych w przekroju), pewniejsze prowadzenie kół (wprowadzenie elementów współpracujących z kołami posiadającymi obrzeża) oraz dobre rozprowadzenie siły nacisku z kół przez konstrukcję szyny na powierzchnię stopy (stąd wprowadzono szyny szerokostopowe).

Charles Vignoles, o wykształceniu prawniczym i matematycznym, wszedł w tematykę kolei w latach 20. XIX wieku., kiedy został zatrudniony do przebadania projektów linii kolejowych. Vignoles wykorzystywał posiadane umiejętności matematyczne do rozwiązywania problemów technicznych, patentując m. in. metodę pokonywania stromych podjazdów szynowych. W późniejszym okresie uczestniczył w budowie linii kolejowych, w tym pomiędzy Dublinem a Kingston w Irlandii oraz linii Londyn –Croydon, gdzie po raz pierwszy wykorzystano zasugerowaną przez niego szynę Stevensa o szerokiej stopce. Szyna ta zaczęła stopniowo znajdować zastosowanie na całym świecie, jednak w Wielkiej Brytanii uległa spopularyzowaniu dopiero w XX wieku. Pomimo iż sam Vignoles nie był twórcą przekroju szyny, to jego nazwisko zostało europejskim określeniem szyny o szerokiej stopce.

Szyna Vignolesa dzieli się na 3 części –główkę, szyjkę i stopkę.

Zadaniem główki jest odebranie obciążenia od koła pojazdu szynowego oraz utrzymanie zestawu kołowego w torze. Główka jest naciskana od pionu w wyniku naporu koła pojazdu szynowego, przez co szyna pracuje na zginanie. Dodatkowo, obrzeże koła opiera się o boki główki w wypadku oddziaływania siły bocznej na pojazd szynowy. Ma to miejsce podczas ruchu po łuku, jazdy po zwichrowanym torze lub w wyniku oddziaływania bocznego wiatru. Główka ulega zużyciu w wyniku tarcia kół o jej powierzchnię, zmniejszając stopniowo pole przekroju poprzecznego.

Szyjka jest przewężeniem pomiędzy stopką a główną. Jej zadaniem jest przeniesienie sił pionowych z główki na stopkę. Dzięki temu, iż główka jest oddalona od podłoża, obrzeże koła pojazdu szynowego nie jest narażone na napotykanie przeszkód zalegających na torach (np. fragmentów tłucznia), co zapewnia bezpieczny ruch pociągu.

Stopka ma na celu podpieranie całej szyny jak i rozprowadzenie siły nacisku odbieranej poprzez szyjkę z główki na podłoże, którym jest zwykle przekładka stalowa na podkładzie kolejowym. Stopka ma dużą powierzchnię, co zapewnia stabilne podparcie i zmniejsza jednostkowe siły nacisku.

Pierwsza szyna o szerokiej stopce zamówiona przez Stephensona charakteryzowała się masą 17,9 kilograma na metr bieżący.

Współcześnie, szyny wykonuje się ze stali manganowej i przeprowadza ich hartowanie, zaś po ułożeniu w torze –szlifuje. Podstawowe profile szyn to S49 i UIC 60.