Під час появи перших паровозів вони викликали захват. Але варто тільки задуматися, як він їде по гладких рейках і не буксує, як відразу ж виникає маса питань.
Як роблять залізничні колеса?
На кожному виробництві є свої тонкощі виготовлення коліс, але основні етапи роботи незмінні. В основі одного колеса - приблизно 500 кг сталі. Заготівля піддається поетапного нагріванню в печах, розігрівають до 1000 градусів, потім відразу до 1300. Потім обробляють водою під тиском, щоб прибрати окалину. Наступний етап - прессо-прокатна лінія. Заготівля ущільнюється на 40-60%, після чого приймає форму диска - з'являються обриси майбутнього колеса.
На наступному етапі остаточно формується коло катання - частина колеса, яка безпосередньо контактує з рейкою, а також реборда (виступаюча частина). Після нанесення всіх необхідних маркувань, колесо піддається ізотермічної витримки в печах для зняття напруги. Надалі його знову будуть нагрівати і обробляти водою для загартування, а також зміцнювати за допомогою дробеметной установки. Після всіх процедур колесо обточують до потрібних параметрів. Кожен етап виготовлення супроводжується контролем якості.
Цікавий факт: Винахідники перших паровозів боялися, що колеса не будуть їхати по гладких рейках, тому їх оснащували шестернями, а рейки - зубами. Але такий спосіб був занадто дорогим, а рух паровоза уповільнювався.
Чому колеса поїзда не ковзають?
Здавалося б, відповідь очевидна: поїзд рухається за рахунок роботи двигуна і обертання коліс. Насправді для руху потрібно ще один фактор - рушійна сила у вигляді зчеплення коліс з рейками. Лише на перший погляд рейки і колеса здаються абсолютно гладкими. Насправді на поверхні коліс є шорсткості, які забезпечують зчеплення.
Колеса ковзають по поверхні рейок, а це говорить про наявність сили тертя ковзання. Чим сильніше стикаються рейки і колеса, тим вище цей показник. Відповідно до законів фізики, тіло (поїзд) чинить тиск на поверхню (рейки) у відповідності зі своєю масою. Але і у відповідь поверхню направляє таку ж силу по відношенню до тіла, яка називається силою реакції опори.
Поїзд має зчіпним вагою. Всі колеса в ньому рухливі, тому зчіпний вагу - це і є маса поїзда, якої він впливає на рейки через колеса. Саме він змушує колеса обертатися, відштовхуючись від рейок. Рушійну силу зчеплення також називають силою тяги поїзда по зчепленню.
Поїзд пересувається плавно. Він поступово починає рух, нарощуючи швидкість, і так само рівномірно зупиняється. Це пояснюється зчепленням. Воно досить сильне, щоб утримувати весь склад на рейках. Коефіцієнт зчеплення, що виникає між колесами і рейками, становить близько 0,14. Максимальний кут нахилу, який витримує при цьому поїзд - 8 °. Для порівняння коефіцієнт зчеплення шин автомобіля по сухому асфальту набагато вище - від 0,50 до 0,70.Тому дорожні транспортні засоби можуть різко починати і закінчувати рух, а також входити в більш круті повороти.
Цікавий факт: Щоб забезпечити безпечний поворот поїзда, його колеса зробили несиметричною форми. Таким чином, з внутрішньої сторони діаметр колеса більше (959 мм), а із зовнішнього - менше (953 мм). Різниця незначна, але вона дозволила повністю вирішити проблему повертання.
Буксування поїзда і способи боротьби з ним
У залізничній термінології існує поняття «буксування» або «боксування» (два варіанти вживання в різних словниках). Воно позначає зрив зчеплення між рейками і колесами. Буксування може виникати як на початку руху поїзда, так і під час нього. При цьому колеса починають обертатися набагато швидше. Це відбувається через занадто високого тягового посилення в певний момент.
Якщо процес буксування почався, довільно завершитися він не може. Зчеплення між рейками і колесами сильно знижується. Щоб зупинити буксування, необхідно використовувати модифікатори тертя, а також відрегулювати тягової момент.
Причини пробуксовки:
- мокрі рейки після дощу;
- забруднення рейок різного походження;
- великий прокат на колісній парі;
- вхід складу в поворот (через те, що внутрішнє і зовнішнє колесо проходять різний шлях) і ін.
Буксування негативно позначається на стані рейок, а також самого поїзда. В першу чергу відбувається сильне навантаження на двигун, що може вивести його з ладу.Рейки можуть деформуватися - через сильний тертя розігрівається метал і рейок втрачає форму, «розтікаючись» в сторони. Згодом їх або ремонтують за допомогою шліфування, або замінюють.
Щоб зупинити буксування, в зону, де рейок контактує з колесом, подають пісок або інший матеріал з абразивними властивостями. Також зменшують силу тяги, яка реалізується двигуном. Ще один спосіб під забороною згідно з Правилами технічної експлуатації. Цей спосіб передбачає застосування прямодействующім гальма локомотива. Він загрожує проворотом бандажа колісної пари, а це, в свою чергу, створює небезпечну ситуацію для залізничного транспорту.
Колеса поїзда і рейки тільки зовні здаються ідеально гладкими. На самому на колесах є шорсткості, які сприяють зчепленню двох поверхонь. Між ними виникає сила тертя з коефіцієнтом 0,14, що набагато менше, ніж, наприклад, тертя шин по асфальту (0,50-0,70). При цьому поїзд плавно починає рух і так само плавно гальмує. За рахунок його ваги, а також опору поверхні рейок виникає зчеплення коліс, завдяки якій поїзд їде по рейках.
