Durante la comparsa delle prime locomotive a vapore, hanno suscitato gioia. Ma devi solo pensare a come guida su rotaie lisce e non scivola, poiché sorgono immediatamente molte domande.
Come funzionano le ruote ferroviarie?
Ogni produzione ha le sue sottigliezze nella produzione delle ruote, ma le fasi principali del lavoro sono invariate. Al centro di una ruota ci sono circa 500 kg di acciaio. Il pezzo viene sottoposto a riscaldamento graduale nei forni, riscaldato a 1000 gradi, quindi immediatamente a 1300. Quindi viene trattato con acqua sotto pressione per rimuovere la scala. La fase successiva è la linea di pressatura. Il pezzo viene compattato del 40-60%, dopo di che assume la forma di un disco: appaiono i contorni della ruota futura.
Nella fase successiva, finalmente si forma il cerchio di pattinaggio - la parte della ruota che contatta direttamente la guida, così come la flangia (parte sporgente). Dopo aver applicato tutte le marcature necessarie, la ruota viene sottoposta a invecchiamento isotermico in forni antistress. In futuro, verrà nuovamente riscaldato e trattato con acqua per l'estinzione, nonché rafforzato mediante una granigliatrice. Dopo tutte le procedure, la ruota viene ruotata sui parametri desiderati. Ogni fase della produzione è accompagnata da un controllo di qualità.
Fatto interessante: gli inventori delle prime locomotive a vapore avevano paura che le ruote non andassero su rotaie lisce, quindi erano dotate di ingranaggi e le rotaie con denti. Ma questo metodo era troppo costoso e il movimento del motore rallentava.
Perché le ruote del treno non scivolano?
Sembrerebbe che la risposta sia ovvia: il treno si muove a causa del funzionamento del motore e della rotazione delle ruote. In effetti, la guida richiede un altro fattore: la forza motrice sotto forma di trazione delle ruote con binari. A prima vista, i binari e le ruote sembrano assolutamente lisci. In effetti, ci sono asperità sulla superficie delle ruote che forniscono trazione.
Le ruote scorrono sulla superficie del binario e questo indica la presenza di attrito radente. Più forti sono le rotaie e le ruote a contatto, maggiore è questo indicatore. Secondo le leggi della fisica, il corpo (treno) esercita una pressione sulla superficie (rotaie) secondo la sua massa. Ma in risposta, la superficie dirige la stessa forza rispetto al corpo, che è chiamata la forza di reazione del supporto.
Il treno ha un peso di trazione. Tutte le ruote sono mobili, quindi il peso della presa è la massa del treno, che agisce sui binari attraverso le ruote. È lui che fa girare le ruote, partendo dal binario. La forza motrice dell'adesione è anche chiamata forza di trazione del treno sull'adesione.
Il treno si muove senza intoppi. Comincia a muoversi in modo uniforme, aumentando la velocità e si ferma uniformemente. Ciò è dovuto alla presa. È abbastanza forte da contenere l'intero treno su rotaie. Il coefficiente di aderenza tra ruote e binari è di circa 0,14. L'angolo di inclinazione massimo che il treno può sopportare è di 8 °. Per fare un confronto, il coefficiente di aderenza dei pneumatici delle auto sull'asfalto secco è molto più elevato, da 0,50 a 0,70.Pertanto, i veicoli stradali possono iniziare e terminare bruscamente il traffico, nonché entrare in curve più ripide.
Fatto interessante: per garantire una rotazione sicura del treno, le sue ruote sono rese di forma asimmetrica. Pertanto, all'interno, il diametro della ruota è maggiore (959 mm) e all'esterno, più piccolo (953 mm). La differenza è insignificante, ma ha permesso di risolvere completamente il problema della svolta.
Slittamento dei treni e modi per affrontarlo
Nella terminologia ferroviaria esiste il concetto di "scivolamento" o "boxe" (due varianti d'uso in dizionari diversi). Indica una rottura della frizione tra le rotaie e le ruote. Lo slittamento può avvenire sia all'inizio del treno che durante esso. In questo caso, le ruote iniziano a girare molto più velocemente. Ciò è dovuto al guadagno di trazione troppo elevato ad un certo punto.
Se il processo di slittamento è iniziato, non può essere interrotto arbitrariamente. La trazione tra rotaie e ruote è notevolmente ridotta. Per interrompere lo slittamento, è necessario utilizzare modificatori di attrito e regolare il momento di trazione.
Motivi per cui scivolano:
- rotaie bagnate dopo la pioggia;
- inquinamento di rotaie di varia origine;
- grande noleggio su un paio di ruote;
- l'ingresso del treno in una svolta (a causa del fatto che le ruote interne ed esterne passano un percorso diverso), ecc.
Lo slittamento influisce negativamente sulle condizioni del binario e sul treno stesso. Prima di tutto, c'è un forte carico sul motore, che può disabilitarlo.Le rotaie possono essere deformate - a causa di un forte attrito, il metallo si riscalda e la rotaia perde la sua forma, "diffondendosi" ai lati. Successivamente, vengono riparati mediante rettifica o sostituiti.
Per interrompere lo scivolamento, viene fornita sabbia o altro materiale abrasivo nell'area in cui la rotaia è a contatto con la ruota. Riducono anche la trazione che viene realizzata dal motore. Un altro metodo è vietato in base alle Regole di funzionamento tecnico. Questo metodo prevede l'uso di un freno diretto di una locomotiva. È irto di far girare il set di ruote e questo, a sua volta, crea una situazione pericolosa per il trasporto ferroviario.
Le ruote e le rotaie del treno solo esternamente sembrano perfettamente lisce. Sulle ruote stesse ci sono asperità che contribuiscono all'adesione di due superfici. Tra loro c'è una forza di attrito con un coefficiente di 0,14, che è molto inferiore, ad esempio, all'attrito dei pneumatici sull'asfalto (0,50-0,70). Allo stesso tempo, il treno inizia a muoversi senza intoppi e frena anche senza intoppi. A causa del suo peso, nonché della resistenza della superficie della rotaia, si verifica la frizione delle ruote, a causa della quale il treno viaggia su rotaie.