专业术语叫做“蛇形运动”,火车“轮对”在钢轨上并不是走直线,而是像蛇一样曲折蜿蜒地前进。
大家都知道,火车没有方向盘,轮子也不能像汽车一样可以左右转动,两个轮子相对于车轴是固定的,那火车怎么转弯呢?咱们来看一下火车轮子的大概结构,内侧突出的部分叫做“轮缘”,外侧和铁轨接触的部分叫做踏面,轮缘卡在铁轨上可以防止出轨,同时对转弯起到引导作用,可以引导轮对顺利通过曲线。
但是正常情况下转弯是用不到轮缘的,主要是靠踏面。踏面并不是水平的,而是有一定的曲度,像个圆锥一样,内侧粗,外侧细。
这样转弯的时候,在惯性作用下,轮对会向弯道外侧偏移,导致外侧轮轨接触点车轮半径大,内侧半径小,这样由于内外车轮的半径差,轮对就可以顺利地完成转向。
车轮踏面的这种设计,不仅会在转弯的时候发挥决定性的作用,在直线行驶的时候也有好处:如果轮对偏离中心线,两轮的半径差会让轮对重新回到中心线,这样就可以避免轮缘和钢轨剧烈摩擦造成损坏。所以呢,火车正常行驶的时候,轮对一边向前运动,一边横向摆动,产生一种类似于蛇行的波形运动。
蛇行运动确实有很多好处,但是如果太过剧烈就会有坏处,不仅会破坏车辆运行的平稳性,还会损坏车轮和钢轨,甚至还可能造成出轨,它是列车速度进一步提高的阻碍。近20年来,全世界铁路部门对这个问题进行了很多实验研究,终于把列车运行速度提高到了350公里/小时。
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