Почему поезд не сходит с рельс

Почему поезд не сходит с рельс

Если представить себе поезд и подумать, почему он не сходит с рельс, первая мысль, которая возникает – это происходит потому, что он удерживается выступами на внутренних частях колес. Но если бы действительно было так, такие выступы постоянно терлись бы об рельсы, вызывая сильный скрежет.

И такого не происходит именно потому, что выступы к колесу не прикасаются. Они нужны только для предотвращения заносов во время поворотов, и никак не влияют на процесс схождения или не схождения с рельс.

Что представляет собой колесо поезда

Стоит разобраться, как устроены колеса поезда, чтобы понять, каким образом они держатся на рельсах. Важными особенностями этих компонентов состава являются:

• то, что они оба насаживаются на одну цельную ось;
• форма обоих деталей – коническая;
• поверхность колеса, которая соприкасается с рельсом, не параллельна его плоскости.

Получается, что не вся плоскость соприкосновения колеса лежит непосредственно на рельсе. Примечательно, что форма этого компонента конусная, а не цилиндрическая.Конус более широкой частью обращен внутрь, а узкой – наружу. В результате, во время езды состава сила тяжести одновременно оттягивает колесо вниз и внутрь. Именно благодаря силе притяжения оно и удерживается на рельсе.

Колеса поезда удерживают его на рельсах

Когда поезд поворачивает, слышится характерное поскрипывание потому, что выступы на колесах прижимаются к рельсам. Именно благодаря конусной форме колесных пар вагоны могут поворачивать. Оба колеса закрепляются на одной цельной оси. Конус обеспечивает легкий наклон вагона, который происходит во время поворота. Колесная пара от центра поворота смещается за счет воздействия центробежной силы.

Потому тогда, когда поезд поворачивает налево, правое колесо наезжает на рельс более широкой частью. А левое, в свою очередь, смещается и наезжает более узкой частью. Следовательно, диаметр правого колеса становится больше, как и путь, который он проходит, превышает проходимый левым. Диаметр последнего, соответственно, уменьшается. Благодаря этому колесная пара поворачивает. Колеса поезда устроены просто, но вместе с тем, именно благодаря им обеспечивается удержание состава на рельсах, предотвращаются аварии.

Почему поезд не сходит с рельсов

С момента появления регулярного железнодорожного сообщения между городами и странами прошло более 200 лет. Не мудрено, что современные составы и внешне и технически существенно отличаются от своих предшественников.

Повысилась грузоподъемность вагонов, увеличилась скорость передвижения поездов, и, конечно, изменился их внешний вид. Неизменным в традиционных вагонах осталось одно – стальные колеса. Их конфигурация по-прежнему предполагает наличие характерного ободка по краям, и движение обеспечивается благодаря перемещению по чугунным рельсам. На внутренней стороне колеса имеется дюймовый выступ, позволяющий поезду держаться ровно на прямых, а также закругленных участках дороги. Колеса вагонов и ж/д рельсы максимально подогнаны, поэтому имеют низкий коэффициент трения. Так, например, если по инерции будет катиться груженый состав весом 40 т со скоростью 100 километров в час, остановится он только пройдя около 10 000 м. Если сравнивать с большим грузовиком с аналогичным весом, то он при такой же скорости остановится через 1,6 км.

Так за счет чего поезда не сходят с рельсов?

1. Упругая рельсовая опора

Более мягкое, плавное передвижение по ж/д полотну обеспечивается благодаря упругому креплению рельсового полотна к шпалам. Работает это так: на основание, усыпанное гравием, укладывают шпалы — деревянные либо бетонные к которым с помощью длинных болтов, поддерживаемых скобами, крепятся звенья рельс.

2. Значение тяги

Железнодорожный состав – массивный объект, тяжелый, и всей своей тяжестью он давит на ж/д полотно. За счет силы трения, возникающей между колесами и полотном, состав может безопасно двигаться как на ровных участках, так и на подъемах.

3. На стыке рельсов

В месте соединения двух рельсовых сегментов есть небольшой зазор. Он необходим для того, чтобы стальные рельсы в жару имели возможность беспрепятственно увеличиваться по длине. Если это старые рельсы, то соседние участки соединяются с помощью специальной накладки. Если речь идет о современных линиях железных дорог, рельсы методом сварки объединяют в одно большое полотно.

4. Переход с одной колеи на другую

Для того, чтобы железнодорожный состав перешел с колеи текущего движения на соседнюю, нужно заставить колеса совершить этот переход. Инструментом, позволяющим выполнять эту задачу, являются специальные железнодорожные стрелки. В итоге направляющие рельсы вынуждают поезд пересечь крестовину (то место, где встречаются две колеи).

6. Наличие провеса

На поворотах (на закругленных участках) между рельсами формируется несколько большее, чем на прямых участках железнодорожного полотна расстояние. За счет этого снижается трение, воздействующее на колеса, а также снижается износ рельс.

5. Особенности движения поезда на поворотах

Преодолевая поворот, состав испытывает воздействие центробежной силы, которая старается столкнуть его с ж/д путей. То есть необходимо какое-то противодействие этому, и оно обеспечивается «наклоном виража». Как его добиваются? Внешний рельс закрепляется выше внутреннего. Благодаря этой технической хитрости поезда получают возможность преодолевать повороты, не снижая скорость.

7. Тележки

Колеса поезда присоединяются к независимым платформам с подвеской – так называемым «тележкам». У каждой из них имеется 2 пары колес. Благодаря такому устройству как «подпятник», тележки могут вращаться. Такая система обеспечивает более плавное движение поезда на закругленных участках ж/д полотна.

Почему поезд не сходит с рельсов

Современные поезда становятся всё быстрее. Их обтекаемые формы всё меньше напоминают привычные локомотивы. Но рельсы и колёса не меняют своей традиционной формы. Они прекрасно подогнаны друг относительно друга. Идеально гладкая поверхность рельса и колеса необходима для уменьшения коэффициента трения. Это снижает необходимое усилие, чтобы поезд тронулся с места. Особая форма железнодорожных колёс позволяет удерживать поезд на рельсах на прямых и поворотных участках пути. Больше о работе поезда здесь https://rasp.msk.ru/sovety/poezd/kak-rabotaet-poezd.

Как устроено колесо поезда

Колесо поезда имеет две характерные особенности:

1. выступ с внутренней стороны;
2. поверхность катания конусной формы.

Более широкая конусная часть располагается ближе к центру колёсной пары. Под действием силы тяготения и благодаря конусной форме колеса, поезд одновременно стремится вниз и к центру железнодорожной колеи. Это и удерживает его на рельсах.

Конусная форма поверхности катания имеет ещё одно предназначение. Она позволяет поезду поворачивать на изгибах пути. При повороте центробежная сила стремится вытолкнуть поезд за наружную сторону дуги. Наружное колесо пары смещается в сторону большего диаметра конуса. Внутреннее, по отношению к изгибу, колесо касается рельса поверхностью меньшего диаметра. Таким образом у внешнего колеса, как бы увеличивается диаметр, а у внешнего уменьшается. За счёт этого внешнее колесо, при одном количестве оборотов с внутренним, проходит большее расстояние. Так как внешний рельс по отношению к дуге поворота, имеет большую длину, чем внутренний, то за счёт конусности колёс это расстояние выравнивается и поезд поворачивает.

Почему поезд не сходит с рельс

Почему поезд не сходит с рельс – такой вопрос, наверное, задавали себе все путешественники (особенно, с нашим качеством дорожного покрытия, когда кажется, что любой поворот может стать последним). На рельсах состав удерживает сила трения и неподвижные колесные оси, в которых понятие «развала и схождения» отсутствует. Иначе говоря, неподвижные колеса и фиксированная ширина рельс не дают составу соскочить и отправиться в свободное путешествие.

Но если для ровного отрезка дороги все более-менее понятно, то, что удерживает многотонный состав на наклонных отрезках дороги остается загадкой. Ответ на которую станет понятен каждому, кто хоть раз видел колеса локомотива вблизи. На них помимо самого стального покрытия есть гребень, расположенный с внутренней стороны рельса. Таким образом, два гребня обеспечивают дополнительную фиксацию за полотно, не давая машине соскочить на наклонах.

Поворотный механизм поезда

Почему поезд не сходит с рельс на повороте – вопрос, который может поставить в тупик человека который хоть немного знаком с законами физики. Ведь во время поворота разные колеса проходят разную дистанцию. При этом у автомобильного транспорта компенсация достигается за счет независимого вращения каждого колеса и поэтому машину не заносит и не выбрасывает из виража. Да и само колесо пружинит, обеспечивая дополнительную маневренность.

Но, как известно колеса поезда:

• стальные;
• одинакового размера;
• неподвижно фиксированы на одной оси.

Секрет в том, что поверхность колеса локомотива не плоская, а заточенная под небольшим углом, таким образом, что внутренний диаметр колеса на 2-3 сантиметра больше наружного. Поэтому, входя в поворот и двигаясь по инерции состав, смещается на несколько сантиметров в бок, занимая такое положение колес при котором по длинному пути идет больший радиус, а по меньшему – меньший. За счет этого совершая равное количество оборотов, колесная пара поворачивает поезд. Правда, такая система сильно ограничена в угле поворота, поэтому на железной дороге нельзя встретить резких изгибов.