Почему стучат колеса поезда?

Почему подвижной состав — локомотивы и вагоны — не сходит с рельсов при движении?

Колеса подвижного состава наглухо насажены на оси и вращаются вместе с ними (их называют коленные пары). По ободу (бандажу) каждого колеса с внутренней стороны по всей его окружности есть выступ — гребень. Он не дает колесу сойти с рельса наружу. Сойти с рельсов внутрь рельсового пути колесу мешает гребень другого колеса той же колесной пары.

На поворотах путь укладывают так, чтобы наружный рельс был выше внутреннего.

Вес локомотива или вагона создает нагрузку на колесо, а через него — на рельс. Поэтому при движении подвижного состава между колесом и рельсом возникает сила трения (сцепления), и колесо не скользит по рельсу, а опирается на него, катится по нему. От силы, прижимающей колесо к рельсу, зависит и сила тяги локомотива, способность его вести за собой поезд большего или меньшего веса. Чем тяжелее локомотив и чем сильнее его колеса прижимаются к рельсу, тем более тяжелый поезд может он вести. Конечно, и двигатели локомотива должны быть достаточно мощными, чтобы находиться в соответствии с собственным весом локомотива и весом поезда и вести его с необходимой скоростью. Но если локомотив будет слишком легким, то он не сможет вести за собой тяжелый поезд, какими бы мощными ни были его двигатели. Колеса такого локомотива не будут достаточно сильно прижиматься к рельсам и начнут скользить.

Рельсовый путь, ровный и твердый, очень облегчает движение подвижного состава на стальных колесах. Еще до появления железных дорог выяснилось, что лошадь по рельсовому пути может везти груз в несколько раз более тяжелый, чем по обычной дороге. Именно поэтому рельсовые пути стали широко применять на шахтах и заводах для перевозки таких тяжеловесных массовых грузов, как уголь и руда.

Современные исследования показали, что сопротивление движению на рельсовом пути в несколько раз меньше, чем на лучшей асфальтовой дороге.

Рельсы, уложенные в путь, скреплены друг с другом болтами и накладками в сплошную рельсовую нить. При укладке рельсов между ними оставляют небольшие зазоры в стыках, рассчитанные на удлинение рельсов в летнее время, когда они сильно нагреваются солнцем. Если бы рельсы укладывали плотно, то их при нагревании могло бы выгнуть в разные стороны, а это грозит крушением.

Каждому хорошо знаком равномерный стук от перекатывания колес вагона через стыки рельсов. По стуку колес пассажир, глядя на часы с секундной стрелкой, может высчитать скорость движения поезда. Длина каждого рельса у нас — 12,5 м. Это значит, что 80 повторяющихся равномерно стуков отсчитают нам километр. Проследив, за сколько секунд мы проехали километр, мы узнаем скорость поезда.

На участках пути, где железнодорожная линия закругляется, наружный рельс укладывают немного выше внутреннего, чтобы облегчить прохождение локомотивов и вагонов по кривой. Поэтому при прохождении по кривой локомотивы и вагоны немного наклоняются в ту сторону, куда ведет кривая пути.

Путеукладчик

Рельсы прикреплены к шпалам костылями с широкой головкой, забиваемыми в шпалу так, что головка костыля прихватывает край подошвы рельса. Между подошвой рельса и шпалой помещают широкую металлическую подкладку, применяемую для того, чтобы давление рельса на шпалу распределялось бы на большую площадь.

Шпалы у нас сосновые. Чтобы они дольше лежали в пути, их пропитывают масляным раствором, предохраняющим от гниения. Поэтому новые укладываемые в путь шпалы черного цвета. На шпалы расходуется очень много леса, и в настоящее время их начинают делать из железобетона. Такие шпалы дороже, чем деревянные, но зато могут служить гораздо дольше.

Шпалы нельзя укладывать прямо на земляное полотно, так как под тяжестью проходящих поездов они были бы вдавлены в грунт. Поэтому между шпалой и земляным полотном кладут слой балласта — щебень, гравий, песок. Пространство между шпалами также заполняют балластом, чтобы сделать путь устойчивее. Лучший вид балласта — щебень. Он не теряет устойчивости под доящем, легко пропускает воду, долговечен.

Верхнее строение пути — рельсы, шпалы и балласт — должно выдерживать большой вес быстро идущих поездов. Чем тяжелее локомотивы и больше нагрузка вагонов, тем прочнее должно быть верхнее строение, тем тяжелее рельсы, тем чаще уложены шпалы. На железных дорогах с очень большим движением путь должен быть особо прочным. Например, в метро шпалы уложены на сплошное бетонное основание. Такой путь — на сплошном бетонном основании— будет укладываться в будущем на всех главнейших магистралях железных дорог.

Локомотив и вагоны переходят с одного пути на другой с помощью стрелочных переводов.

Обыкновенный стрелочный перевод состоит из стрелки и крестовины. Важнейшие части стрелки — два остряка.

Рельсоукладчик

Острый конец каждого остряка с помощью переводного механизма можно прижать к тому или другому рельсу и направить подвижной состав прямо или на боковой путь. Пройдя стрелку, подвижной состав вступает на место пересечения двух рельсов, называемое крестовиной. Чтобы колеса не сошли с пути на крестовине, против нее укладывают контррельсы.

Для укладки верхнего строения пути на советских железных дорогах широко применяют механизмы.

Интересен путеукладчик системы Платова. Он укладывает путь готовыми звеньями — рельсами с прикрепленными к ним шпалами. Звенья заготовляются заранее на базах и нагружаются целыми пакетами на платформы, впереди которых прицеплен путеукладчик. Локомотив ставится сзади и толкает весь этот поезд. Подъемный кран путеукладчика поднимает звено, выносит его вперед и опускает на подготовленное земляное полотно. Звено сцепляется с уже уложенным путем, и путеукладчик продвигается по этому звену дальше. С помощью путеукладчика работа по укладке пути выполняется очень быстро. Укладка одного звена занимает всего полторы минуты. После укладки пути производится балластировка. Балласт подвозится в саморазгружающихся вагонах или на обычных платформах и выгружается на путь. После этого специальная машина — электробалластер — разравнивает балласт и, идя по уложенному пути, поднимает его под собой на ходу мощными магнитами. Балласт, лежащий на пути, при этом проваливается между шпалами и заправляется под них специальными струнками. Электробалластер идет при подъемке пути со скоростью 5-10 км в час и заменяет более 200 рабочих. Затем балласт уплотняется под шпалами и между ними с помощью шпалоподбоек и трамбовок.