为什么火车不会脱轨呢?

火车不会脱轨的真正原因,是来自一个精妙的设计,很多人都不懂,看完再也不用担心它出轨了!

每当我们在坐火车或者看见火车在路上行驶的时候,都会发出这样的疑问,为什么火车不会脱轨呢?

毕竟火车的轨道,跟其他交通工具都不同,比如汽车有很宽的马路,飞机又有广阔的天空,唯独火车比较独特,两边的轮子严丝合缝的压在了铁轨上,我一开始以为火车的轮子是卡在铁轨上的,但是后来我发现并不是这样,至少从外面看上去,轮子都是平放的,没有往下很深的卡口

火车的轮子是灰铸铁制成的,感觉铁很容易打滑,为什么火车不容易脱轨呢?而且还能自由地拐弯,转弯的时候也不用像汽车一样转动轮子,这究竟有何玄机?

关于火车轮子

要想搞清楚火车为何不会脱轨,就先来看看火车轮子的设计

火车的轮子就比较独特,不像汽车轮胎用橡胶制成,火车车轮的材料是灰铸铁,通过观察我们发现,火车的轮子也是正圆形,但是里面还有一圈轮缘

通过这张图就能很直观地看出来了,里面的一圈有凸起的边,给人的感觉仿佛是将轮子卡在铁轨上,从而保证轮子的接触面跟铁轨比较牢固,但是外面却没有这一圈轮缘

注:上图能看出火车轮子内侧(轮缘那边)要大一些,外侧圆盘要小一些

然而,真相是里面这一圈凸起的边,并没有卡住铁轨,也就是说没有跟铁轨接触,要不然的话火车在高速的行驶,就会发生强烈的摩擦

不过,这样的设计也是为了安全起见,用来防患于未然,在火车要在脱轨的时候,才能发生作用,所以这一圈轮缘,的确有防止脱轨的作用,不过一般情况很少用到,所以基本不会跟铁轨发生触碰

巧妙的踏面设计,让火车很难脱轨

车轮跟轨道的接触面叫做踏面,能够保证火车的轮子跟铁轨接触在正中央,这一个踏面其实是一个圆锥面(内侧跟外侧的大小不是统一的)

这个踏面到底有什么区别呢?那就是靠铁轨里面的部分粗一些,车轮靠外面的部分又细一些,这可是一个巧妙的设计,正是因为了有这个设计,火车就不容易脱轨了

那是因为火车在行驶的时候,因为轮子里面的部分更粗,加上火车重力的影响,所以车轮就会自动地滑到轨道的中央

火车右侧的车轮向里挤,同时左侧的车轮也在向里挤,所以就能保证火车的轨道都在正中央

尽管火车在高速行驶时,会发生一些颠簸晃动的现象,但正是因为有了对中的巧妙设计,火车是很难发生脱轨的

火车内侧凸起的轮缘,主要作用是引导着火车,沿着导轨的方向行驶,在紧急关头,还能防止火车脱轨,这起到一个防患于未然的作用,不过通常情况是用不到的

总结:火车之所以不会脱轨,根本原因还是来自于踏面的巧妙设计,火车的踏面并不是一个圆柱体,而是类似于上图的锥体,这种巧妙的设计,导致内侧的滚动半径较大,外侧变细了,所以滚动半径也会变小,这样车轮就会偏向另一侧寻找平衡

所以当我们在坐火车的时候感觉有点晃动,这是因为轮子在来回晃动的动态平衡之中,这种踏面能保证火车不脱轨,还能顺利的转弯

火车如何转弯?

这种椎体的踏面设计,在火车转弯的时候,更是起到了非常重要的作用

在我小时候,人们说火车路线是直的,因为火车的轮子根本不能像汽车那样转动,火车也就不能拐弯了,所以铁轨只能修得非常笔直

然而,这种说法是错误的,我第一次坐火车的时候,就看见火车经常拐弯,那么,火车拐弯的原理又是什么呢?

假如火车向右转弯时,就会受到离心力的影响,右边车轮的外侧会接触到铁轨,但是左侧的车轮内侧会接触铁轨,加上靠铁轨内部的部分粗一些,也就是内侧的半径要大于外侧的半径

所以在转动相同角度的时候,左侧轮子滚动的距离,就要大于右侧车轮滚动的距离,而且内侧的铁轨要比外侧的铁轨短,火车就能够顺利的转弯了,所以哪怕是转弯时,轮子不会内外转动,也不会脱轨的

写在最后

就是因为火车轮子的巧妙设计,所以火车是不容易脱轨的,不过一些自然灾害,也可能引发火车脱轨

我之前完全不懂这些原理,老是觉得火车轮子就这样平放在上面,到底安不安全?总之,现在看完已经彻底懂了,以后也可以放心大胆地坐火车,再也不用担心了!