Почему в поездах стальные колёса и почему их профиль не цилиндрической, а конической формы?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Когда смотришь на поезд, стремительно проносящийся мимо, редко задумываешься, что даже его колёса — настоящее чудо инженерной мысли. Почему поезда обычно ездят на стальных колёсах, а не на мягких, как у автомобилей? И зачем они имеют конический, а не цилиндрический профиль?

Почему у поездов стальные колёса

У поездов стальные колёса не просто так — это оптимальное решение, которое делает их невероятно эффективными и надёжными. Во-первых, стальное колесо, катящееся по стальному рельсу, создаёт минимальное трение. В сравнении с резиновой шиной на асфальте потери энергии уменьшаются на 85-99%. Поезд тратит гораздо меньше усилий на преодоление сопротивления трению качению, а значит, движется легче и экономичнее.

Теперь представьте: резиновая шина при движении постоянно сгибается и разжимается. Это создаёт тепло — попробуйте свои шины после долгой поездки, они тёплые. Всё это — потраченная впустую энергия. А с поездами таких проблем нет: их колёса и рельсы почти не деформируются, износ минимален, и энергия расходуется в основном на движение, а не на нагрев. Площадь контакта стального колеса с рельсом — крохотная, всего с монетку, но такой точки опоры достаточно, чтобы нести многотонные вагоны. Для сравнения: у грузовика одна шина занимает гораздо большую площадь, поскольку она прогибается. Но даже при этом нагрузка на каждую шину намного меньше, чем на стальное колесо поезда, а износ — больше. Ещё один плюс — экологичность. Резиновые шины, пока стираются на дороге, выбрасывают в окружающую среду тонны микрочастиц, загрязняющих воздух и воду. Стальные колёса не оставляют такого следа.

Также стоит добавить, что вес составов на железной дороге немалый. При таких нагрузках резиновые шины быстро бы вышли из строя, потеряв форму и прочность. Пассажирский поезд весит около 500 тонн в зависимости от количества вагонов, а вес грузовых составов даже может превышать 9 000 тонн, особенно на длинных маршрутах с перевозкой тяжёлых материалов, таких как уголь и руда. Это делает стальные колёса на рельсах оптимальным решением для таких нагрузок. Каждая ось поезда может выдержать до 22,5-23,5 тонн нагрузки. При этом такие колёса не только сохраняют форму, но и предотвращают деформацию, что особенно важно для безопасности. Этот уровень надёжности делает сталь лучшим выбором для поездов. Кроме того, стальные колёса служат долго, примерно 10-15 лет без необходимости полной замены. Когда колёса начинают изнашиваться, их поверхность просто шлифуется и колёса используются дальше. В отличие от резиновых шин, которые требуют замены через каждые несколько тысяч километров, стальные колёса снижают затраты на обслуживание и эксплуатацию.

Автор: stockcake Источник: stockcake.com

Хотя стальные колёса идеально подходят для поездов, они совершенно не подходят для автомобилей. Прежде всего, у них слабое сцепление с асфальтом. На мокрой или заснеженной дороге такие колёса будут скользить, делая управление опасным. Кроме того, стальные колёса не обеспечивают амортизацию — каждую неровность дороги они передавали бы в кузов, превращая поездку в тряску. В то время как резиновые шины смягчают удары и вибрации, обеспечивая комфортное движение. Наконец, стальные колёса быстро разрушали бы дорожное покрытие из-за высокой точечной нагрузки. Именно поэтому резиновые шины являются оптимальным выбором для автомобилей.

Почему профиль колеса конической формы

Коническая форма — это один из тех инженерных секретов, которые делают поезд таким надёжным и стабильным. На первый взгляд, логично было бы предположить, что колёса должны быть идеально цилиндрическими, как автомобильные. Но на практике такая форма вызвала бы проблемы на поворотах.

Когда поезд входит в поворот, внешний рельс длиннее внутреннего. Если бы колёса были одинаковыми и вращались с одинаковой скоростью, поезд либо соскочил бы с рельсов, либо начал бы скользить. Конические колёса решают эту проблему автоматически: при смещении состава наружу колёса на внешнем рельсе опираются на более широкую часть, а на внутреннем — на узкую. Это позволяло проходить повороты без сбоев и дополнительных механизмов.

Автор: Methem Источник: ru.wikipedia.org

Итого

Стальные колёса идеально подходят для поездов, потому что они снижают трение, выдерживают огромные нагрузки и обеспечивают стабильность на рельсах. А коническая форма позволяет поезду плавно проходить повороты и сохранять устойчивость без дополнительных механизмов. Для автомобилей же стальные колёса были бы катастрофой. Резиновые шины дают нужное сцепление, комфорт и безопасность на дорогах. Поэтому выбор колёс для каждого вида транспорта — это результат инженерного расчёта, основанного на условиях эксплуатации и задачах. Поезда и автомобили используют свои уникальные решения, и именно это делает их максимально эффективными.

Изображение в превью:
Автор: stockcake.
Источник: stockcake.com

5 комментариев

Добавить комментарий

a
«Это позволяет им вращаться с разной скоростью».
Вращаются они с одной и той скоростью, так как жестко сидят на одной оси. Но проходят на повороте разный путь из-за «конической» формы. Так что написанное в статейке — полный бред.
Eldarado
Не полный. Про сталь всё верно написано )))
ЛВЗ Абсолют
Электропоезда на резиновых колёсах существуют — в метро некоторых городов.
s
В Париже метро
ЛВЗ Абсолют
Везде, где Alstom пасся — Мехико, Монреаль, Сантьяго…

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему в пустыне Атакама расцвели растения? Разбираем особенности природного явления

Пустыня Атакама считается одной из самых засушливых территорий планеты. Она состоит из скал, каменистых склонов и обширных пространств, где дождей не бывает годами. Однако в 2026 году пейзаж...

Природа изобрела пластик до людей: как пчелы делают биоразлагаемый «целлофан» и чему у них учатся ученые

Около трети всего пластика, который производят в мире — это полиэтилен. Из него делают пакеты, пищевую пленку, контейнеры и упаковку для товаров повседневного спроса. Этот материал стал...

«Феррари» отдала победу Ферстаппену, а Антонелли стал чемпионом: итоги Гран-при Мехико Формулы-1 2026 года

Сезон Формулы-1 2026 года постепенно подходит к своему завершению. Уже на девятнадцатом этапе стало известно имя чемпиона. Как прошёл Гран-при Мехико, как «Феррари» отдала победу Максу Ферстаппену...

Обзор Kiwi Ears AD1: недорогой ЦАП с поддержкой CTIA

Мы много говорим о разнообразных портативных ЦАПах, однако пока ещё не касались предельно компактных, легких и недорогих решений на чипах от не особо именитых компаний. При том, что последние уже...

Создан компьютер из живых бактерий: как деление клеток в микроканалах заменяет работу процессора

В математике и программировании существует большой класс задач, которые легко сформулировать, но крайне трудно решить в большом масштабе. Их называют комбинаторными задачами полного перебора....

Парк Юрского периода ближе, чем кажется? Ученые нашли кровь динозавра возрастом 115 млн лет

Международная группа исследователей опубликовала в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences статью, которая вызвала серьезные споры среди палеонтологов. Авторы работы изучили...