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

Зачем из подвала дома сталинки торчит высокая кирпичная труба

Прогуливаясь по старым районам российских городов, можно заметить необычную деталь: из цоколя или прямо из подвала многоквартирного дома сталинской постройки (до середины 50-х годов) вверх тянется...

Почему одни акулы могут лежать на дне, а другие должны постоянно плавать

Акула медленно проходит над рифом, а под каменным выступом несколько её сородичей лежат почти неподвижно. Для дайвера это обычная картина, но она плохо сочетается со знакомым утверждением: «Акула...

Птицы не обязаны учиться песне целиком у родителей: что происходит, если птенец никогда не услышит взрослого певца

Пение птицы легко представить врождённым навыком: дрозд появляется на свет дроздом, значит, когда вырастет, должен автоматически запеть как дрозд. Но у многих настоящих певчих птиц всё устроено...

Почему «Кассини» добирался до Сатурна через Венеру, Землю и Юпитер

Сатурн находится от Солнца дальше, чем Земля, Марс и Юпитер. Станция «Кассини-Гюйгенс» стартовала к нему с мыса Канаверал 15 октября 1997 года и первым делом пошла в противоположную сторону, к...

Как появился стартер в автомобиле: от ручного вращения к автоматике

На заре автомобилестроения мало было изобрести надежный двигатель внутреннего сгорания, нужно было облегчить его запуск (это было тогда ой как не просто). Первые автомобили не имели привычного нам...

Активируем «Деньги» в Telegram: Как сделать некастодиальный GRAM Wallet прямо в мессенджере?

В Telegram постепенно развивается новая функция, которая может изменить привычный способ отправки цифровых активов. Теперь в мессенджере появляется встроенный GRAM Wallet, который в итоговой...