Podczas pojawienia się pierwszych lokomotyw parowych wywołały zachwyt. Musisz jednak pomyśleć o tym, jak jeździ po gładkich szynach i nie ześlizguje się, ponieważ natychmiast powstaje wiele pytań.
Jak działają koła kolejowe?
Każda produkcja ma swoje własne subtelności związane z produkcją kół, ale główne etapy pracy pozostają niezmienione. W sercu jednego koła znajduje się około 500 kg stali. Przedmiot poddawany jest stopniowemu nagrzewaniu w piecach, podgrzewany do 1000 stopni, a następnie natychmiast do 1300. Następnie jest poddawany działaniu wody pod ciśnieniem w celu usunięcia kamienia. Kolejnym etapem jest linia walcowania na prasie. Przedmiot obrabiany jest zagęszczany o 40–60%, po czym przybiera postać dysku - pojawiają się kontury przyszłego koła.
W następnym etapie ostatecznie powstaje koło łyżwiarskie - część koła, która styka się bezpośrednio z szyną, a także kołnierz (wystająca część). Po naniesieniu wszystkich niezbędnych oznaczeń koło poddawane jest izotermicznemu starzeniu w piecach odprężających. W przyszłości zostanie ponownie podgrzany i uzdatniony wodą do hartowania, a także wzmocniony za pomocą śrutownicy. Po wszystkich procedurach koło jest szlifowane do pożądanych parametrów. Każdemu etapowi produkcji towarzyszy kontrola jakości.
Interesujący fakt: wynalazcy pierwszych lokomotyw parowych obawiali się, że koła nie będą jeździć po gładkich szynach, dlatego zostały wyposażone w koła zębate i szyny z zębami. Ale ta metoda była zbyt droga, a silnik zwolnił.
Dlaczego koła pociągu nie ślizgają się?
Wydaje się, że odpowiedź jest oczywista: pociąg porusza się z powodu działania silnika i obrotu kół. W rzeczywistości jazda wymaga innego czynnika - siły napędowej w postaci przyczepności kół z szynami. Na pierwszy rzut oka szyny i koła wydają się absolutnie gładkie. W rzeczywistości na powierzchni kół występują nierówności, które zapewniają przyczepność.
Koła ślizgają się po powierzchni szyny, co wskazuje na tarcie ślizgowe. Im silniejsze szyny i koła stykają się, tym wyższy jest ten wskaźnik. Zgodnie z prawami fizyki ciało (pociąg) wywiera nacisk na powierzchnię (szyny) zgodnie ze swoją masą. Ale w odpowiedzi powierzchnia kieruje tę samą siłę w stosunku do ciała, która nazywa się siłą reakcji podparcia.
Pociąg ma ciężar trakcyjny. Wszystkie koła w nim są ruchome, więc ciężar przyczepności jest masą pociągu, który oddziałuje na szyny przez koła. To on sprawia, że koła się obracają, zaczynając od szyny. Siła napędowa przyczepności jest również nazywana siłą pociągową pociągu na przyczepność.
Pociąg porusza się płynnie. Równomiernie zaczyna się poruszać, zwiększając prędkość, a także zatrzymuje się równomiernie. Wynika to z przyczepności. Jest wystarczająco silny, aby utrzymać cały pociąg na szynach. Współczynnik przyczepności między kołami a szynami wynosi około 0,14. Maksymalny kąt przechyłu, który pociąg może wytrzymać, wynosi 8 °. Dla porównania współczynnik przyczepności opon samochodowych na suchym asfalcie jest znacznie wyższy - od 0,50 do 0,70.Dlatego pojazdy drogowe mogą nagle rozpocząć i zakończyć ruch, a także wchodzić w bardziej strome zakręty.
Interesujący fakt: w celu zapewnienia bezpiecznego skrętu pociągu jego koła mają asymetryczny kształt. Tak więc od wewnątrz średnica koła jest większa (959 mm), a na zewnątrz mniejsza (953 mm). Różnica jest nieznaczna, ale pozwoliła całkowicie rozwiązać problem toczenia.
Poślizg pociągów i sposoby radzenia sobie z tym
W terminologii kolejowej istnieje pojęcie „poślizgnięcia się” lub „boksowania” (dwa warianty użycia w różnych słownikach). Wskazuje to na uszkodzenie sprzęgła między szynami a kołami. Poślizg może wystąpić zarówno na początku pociągu, jak i podczas niego. W takim przypadku koła zaczynają wirować znacznie szybciej. Jest to spowodowane zbyt dużym zyskiem trakcji w pewnym momencie.
Jeśli proces poślizgnięcia się rozpoczął, nie można go arbitralnie zakończyć. Przyczepność między szynami a kołami jest znacznie zmniejszona. Aby zatrzymać poślizg, należy użyć modyfikatorów tarcia, a także dostosować moment trakcji.
Powody poślizgnięcia się:
- mokre szyny po deszczu;
- zanieczyszczenie szyn różnego pochodzenia;
- duży wynajem na parze kół;
- wjazd pociągu w zakręt (ze względu na fakt, że koła wewnętrzne i zewnętrzne przechodzą inną ścieżką) itp.
Poślizg negatywnie wpływa na stan szyny, a także sam pociąg. Przede wszystkim silnik jest mocno obciążony, co może go wyłączyć.Szyny mogą się odkształcać - z powodu silnego tarcia metal rozgrzewa się, a szyna traci kształt, „rozszerzając się” na boki. Następnie są one naprawiane przez szlifowanie lub wymieniane.
Aby zatrzymać poślizg, do miejsca, w którym szyna styka się z kołem, dostarczany jest piasek lub inny materiał ścierny. Zmniejszają również przyczepność realizowaną przez silnik. Inna metoda jest zabroniona zgodnie z zasadami eksploatacji technicznej. Metoda ta polega na zastosowaniu bezpośredniego hamulca lokomotywy. Jest obciążony rozkręcaniem zestawu kołowego, co z kolei stwarza niebezpieczną sytuację dla transportu kolejowego.
Koła i szyny pociągu tylko na zewnątrz wydają się idealnie gładkie. Na samych kołach występują nierówności, które przyczyniają się do przyczepności dwóch powierzchni. Pomiędzy nimi występuje siła tarcia o współczynniku 0,14, która jest znacznie mniejsza niż na przykład tarcie opon na asfalcie (0,50–0,70). W tym samym czasie pociąg zaczyna się płynnie, a także płynnie hamuje. Ze względu na jego ciężar, a także opór powierzchni szyny, występuje sprzęgło kół, dzięki czemu pociąg jedzie po szynach.
