На чем держится поезд
IT News
Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm
Устойчивость поездов на рельсах
Теперь железнодорожные составы имеют значительно большую длину, и скорость, и вес по сравнению с первыми поездами, что ходили 160 лет тому назад. Но они имеют все те же стальные колеса с выступом на краю обода и катятся по чугунным рельсам все той же формы в виде латинской буквы I. Каждое поездное колесо имеет на внутренней стороне обода выступ размером в 1 дюйм.
Именно эти выступы и направляют колеса по рельсам, будь то прямой участок или закругление пути. Железнодорожное колесо и рельс так хорошо подходят друг к другу, то есть имеют такой маленький коэффициент трения, что если 40-тонный вагон пустить свободно катиться по горизонтальному пути со скоростью 60 миль в час, он проедет еще целых 5 миль до остановки. В то время как грузовик весом в 40 тонн с выключенным мотором и той же начальной скоростью сможет проехать до остановки около 1 мили.
Упругая опора для рельса
Рельс покоится на деревянных или бетонных шпалах, уложенных в основание из гравия. Как правило, длинные болты, проходящие сквозь пружинные скобы, удерживают рельс на положенном ему месте. Такая упругая система крепления способствует более мягкой езде.
Рельсовый стык
Когда рельсы состыкованы, между каждым их отрезком длиной 39 футов имеется небольшой зазор. Он-то и позволяет металлическим рельсам без помех расширяться при нагревании. Скрепленная болтами рельсовая накладка удерживает вместе соседние отрезки рельсов. Хотя в настоящее время на основных железнодорожных магистралях все отрезки на каждой стороне колеи свариваются в один рельс.
Сила тяги
Железнодорожный состав всем своим весом (через колеса) давит на рельсы. Катящееся колесо из-за трения сцепляется с рельсом и от этого в месте их соприкосновения возникает сила тяги, которая двигает состав вперед и на ровных участках и на подъемах. Вес плюс трение между рельс и катящимся колесом ведут себя так, что тянут состав вперед.
ц — коэффициент трения
Обгонные пути
Для того, чтобы движущийся поезд мог перейти с одной колеи на другую, такой переход должны сделать его колеса. И в этом им помогают переводочные железнодорожные стрелки. Направляющие рельсы позволяют колесам пересечь «крестовину», где встречаются обе колеи. Если поезд попадает на стрелку, двигаясь по картинке снизу вверх, то после стрелки он продолжит движение по прямой колее, нарисованной справа.
Движение на сгибах путей
Когда поезд движется по изгибу пути, на него действует так называемая центробежная сила, которая стремится вытолкнуть поезд с его колеи наружу. Чтобы оказать противодействие этой боковой силе, наружный рельс устанавливают выше внутреннего. Подобное превышение одного рельса над другим называется наклоном виража. Оно позволяет поездам не снижая скорости преодолевать закругленные участки пути.
Провес
Расстояние между рельсами на изгибах пути делают больше, чем на прямых участках. В результате этого уменьшается сила трения, которая действует на колеса, когда центробежная сила тянет вагон вбок, и заодно уменьшается износ рельсов.
Тележки на колесах
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:
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.
Что удерживает поезд на рельсах
Как-то в Испании ехал из Мадрида в Барселону на поезде — пуле, ехавшем со скоростью 300 километров в час. Задумался над вопросом, а как интересно поезд на такой скорости может ехать так тихо. Меня занимал не столько вопрос что не стучат колеса — это объясняется бесшовной сваркой путей, но как получается так, что колеса на такой скорости не пищат. Начал задумываться над вопросом, а как поезд вообще едет и не сходит с рельсов. 99% людей в том числе и я поначалу полагают, что поезд удерживают на рельсах особые выступы на колёсах, которые и не дают поезду слететь с рельс. Однако размышлял я, если сама поверхность колеса катиться по рельсе и тут вопросов не возникает, то выступы находятся по бокам рельсы и когда поезд хочет соскочить с рельсы этот выступ трется об рельсу упираясь в неё и тогда по логике должен возникать дикий писк, более того как от точильного станка должен идти сноп искр. Если бы эти выступы терлись постоянно то поезд должен был бы ехать громче ракеты и как пылать как факел снопами искр из под колёс на такой скорости. С другой стороны поезд не может катиться идеально ровно, даже малейшее дуновение ветра его бы кидало выступом на рельсу и рождало бы описанный выше эффект. Но этого всего нет. Значит дело не в этом. Ответ содержится в самом колесе поезда. Всё как обычно ещё проще чем кажется. Колеса поезда конусообразные если к ним присмотреться. То есть поезд стоит на рельсах не плашмя колесами, а как бы более толстыми основаниями конусов к центру и более тонкими наружу. Таким образом сила притяжения тянет поезд вниз и вместе с тем тянет его как бы внутрь колеи и вниз — эта сила на самом деле и держит поезд на рельсах. А выступы на колесах лишь для безопасности, когда во время поворотов поезд сильно накреняется и силы конусов не достаточно, тогда он упирается в рельсу выступом, как раз тогда мы и слышим писк этого трения. Поэтому он обычно возникает именно при поворотах поезда.
Недавно посмотрел видео одного знаменитого физика, как раз на эту тему. Он ещё больше расширил моё понимание этого процесса. В отличии от колёс автомобиля оси которого не цельные, а разрезаны на две части и между ними установлен дифференциал, оси у поезда цельные. По сути о чём тут речь — вопрос о том как они поворачивают. Если посмотреть на траекторию поворота то всегда видно, что внутренние колеса делают меньше оборотов — так как длина внутренней колеи меньше внешней, а внешние колеса делают больше оборотов — проезжая большую дистанцию — за счёт дифференциала это и возможно. Если бы ось была цельной — колеса могли бы вращаться только вместе, а поскольку у каждого своя полуось машина и может поворачивать. А как же с поездом, его колеса находятся на цельной оси, но в тоже время там такой же закон — внешняя колея длиннее, чем внутренняя. Как же внешние колеса могут сделать больше оборотов чем внутренние. Тут нам и помогают наши конусы — поезд просто наклоняется в повороте и при наклоне внешние колеса от центробежной силы выносит наружу поворота и колесо перемещается на более толстый участок конуса, а внутреннее наоборот съезжает с рельсы более внутрь на более тонкий участок конуса и получается, что внешнее колесо становиться большего диаметра и может при том же количестве оборотов проехать большую дистанцию, а внутреннее наоборот при том же количестве оборотов проехать меньшую дистанцию. Так поезд и поворачивает.
Как трамваи «держатся» за рельсы? Почему не сходят с них при резких поворотах?
На этой картинке хорошо изображено, хотя форма колес чуть другая. И, да, на поворотах скорость снижают, чтобы на резком повороте не вылететь.
## Вписывание в кривые больших радиусов (порядка 500 м и более) осуществляется за счёт разности диаметров колёс по окружностям катания, возникающей при смещении колёсной пары поперёк пути. Эта разность обусловлена тем, что поверхность катания колёс (профиль колеса) — не цилиндрическая, а коническая: радиус обода колеса с внешней стороны меньше, чем с внутренней.
## Например: при входе поезда в левый поворот колесная пара смещается (накатывается на колею) вправо, следовательно уменьшается радиус катания левого колеса, а правого — увеличивается. Отсюда правое колесо как бы обгоняет левое.
## В этом случае и при вписывании в пологие кривые (с радиусом более 800 метров) обеспечивается устойчивое движение колёс подвижного состава в пути, не сопровождающееся интенсивным изнашиванием колёс и рельсов.
## В крутых кривых колёсная пара направляется силами, возникающими в контакте внутренней боковой поверхности рельса и гребнем наружного колеса. Силы, действующие в контакте колеса и рельса и направляющие движение подвижного состава, называются силами крипа (от англ. creep — ползти). Они обусловлены тем, что материалы колеса и рельса не есть абсолютно твёрдые тела, а являются упруго-пластическими телами. В контакте наблюдаются микродеформации рельса и колеса, это определяет постепенное нарастание силы крипа с ростом относительного проскальзывания колеса по рельсу. Для поддержания профиля ЖД-колёс, обеспечивающих нормальное движение, применяется обточка колёс, а в случае бандажных колёс — и смена бандажей.
Как поворачивает поезд? Зачем в кабине машиниста руль?
Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 12.11.2021
Сегодня мы поговорим об интересующей многих теме: как поворачивают на железной дороге локомотивы и вагоны?
Скажу сразу, руля ни на локомотивах ни тем более на вагонах нет и никто при движении поезда не рулит. Все очень просто: посмотрите на железнодорожное полотно. Если встать в центр пути между рельсами, сразу заметно, что у рельс есть наружные грани и внутренние, так вот внутренние все и решают, расстояние между ними и называется шириной колеи. А теперь посмотрим на колеса на локомотивах и вагонах, как видно они имеют определенный профиль, так называемый «бандаж».
Кабина электровоза ЧС2
» data-medium-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-300×188.jpg» data-large-file=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-1000×625.jpg» width=»1000″ height=»625″ gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″ data-src=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-1000×625.jpg» alt=»Кабина электровоза ЧС2 | Кабина электровоза ЧС2 | Движение24″class=»wp-image-25056″ data-srcset=»https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-300×188.jpg 300w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-1000×625.jpg 1000w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-768×480.jpg 768w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-1536×960.jpg 1536w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-520×325.jpg 520w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-720×450.jpg 720w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2-320×200.jpg 320w, https://cdn.dvizhenie24.ru/2021/01/dvizhenie24_ru_10_chs2.jpg 1800w» data-sizes=»(max-width: 1000px) 100vw, 1000px» /title=»Кабина электровоза ЧС2 | Движение24″ />
Главная часть бандажа – круг катания, стоит непосредственно на головке рельса, но далее профиль переходит в так называемый «гребень», который и находится за внутренней гранью рельса и ниже головки рельса, тем самым не давая колесной паре выскочить из колеи. Колесные пары находятся в тележках на локомотивах и вагонах, а тележки соединяются с кузовом посредством шкворневого устройства со всякими смягчающими опорами и амортизаторами, таким образом тележка может поворачиваться под кузовом локомотива и вагона. Так как гребни бандажей практически прижимаются к внутренним граням рельсов и не дают колесным парам сойти с рельс, тележки и поворачиваются свободно, согласно профиля пути а вместе с ними кузова локомотивов и вагонов, вот и все! И никаких систем поворота не требуется!
Иногда во многих роликах и фильмах показан пульт управления электровоза или тепловоза и там находится небольшой руль, но это не руль а контроллер машиниста. Так он сконструирован для удобства управления и им регулируют обороты дизель генераторной установки тепловоза и регулируется величина тока на тяговых электродвигателях электровоза, а соответственно мощность и скорость движения поезда, это как педаль газа на автомобиле, только с фиксацией положения, вот и все.
Теперь немного о ширине железнодорожной колеи в России, на всех основных дорогах она составляет 1520 мм, есть у нас и Сахалинский регион Дальневосточной железной дороги, где колея составляет 1067 мм, наследие оставшееся от Японии, но сейчас там идут работы по перешивке колеи на общероссийскую. Но осталось еще немного у нас детских железных дорог, так называемых узкоколеек, они имеют 752 мм.