為什么鐵路列車沒有方向盤也能轉(zhuǎn)彎
大家都知道,要使汽車轉(zhuǎn)彎,駕駛員必須控制方向盤讓前車輪改變方向。列車車頭上并沒有方向盤,那么,火車司機(jī)究竟是如何讓列車轉(zhuǎn)彎的呢?有人認(rèn)為,沿著鋼軌鋪設(shè)的方向鐵路列車自然就能順利前進(jìn),但是,這僅僅是其中一部分道理。
首先,列車的左右兩個(gè)輪子是和輪軸固定在一起的,也就是說,兩個(gè)輪子滾動(dòng)的距離是相等的。然而,一個(gè)不容忽視的問題就擺在我們面前:彎道處的鋼軌是呈弧形的,兩根鋼軌的長短是不一樣的,內(nèi)側(cè)鋼軌的長度要比外側(cè)鋼軌的短,怎么辦?為了解決這個(gè)問題,技術(shù)人員將車輪與鋼軌接觸的一面——踏面設(shè)計(jì)成有一定坡度的斜面。這樣,車輪的直徑就從外向內(nèi)逐漸變大。當(dāng)列車在直道上行駛時(shí),兩個(gè)車輪都是踏面中部與鋼軌接觸,當(dāng)列車進(jìn)入彎道時(shí),內(nèi)側(cè)車輪在踏面外側(cè)與內(nèi)側(cè)較短鋼軌接觸,外側(cè)車輪在踏面內(nèi)側(cè)與外側(cè)較長鋼軌接觸,這樣一來,兩個(gè)車輪就變得“步伐一致”,列車就能平安拐彎了。
其次,列車轉(zhuǎn)彎時(shí)還得依靠一種叫作轉(zhuǎn)向架的裝置,因?yàn)檗D(zhuǎn)向架不僅是連接車輪和車廂不可缺少的“橋梁”,而且還能使車廂不受轉(zhuǎn)彎的影響。通常,一節(jié)車廂是架設(shè)在兩個(gè)轉(zhuǎn)向架上面的,而一個(gè)轉(zhuǎn)向架則裝有兩組輪對(duì),當(dāng)列車轉(zhuǎn)彎時(shí),車廂的中心線就會(huì)偏離軌道中心線,這將會(huì)使得列車不能圓滑地通過彎道。此時(shí),裝在轉(zhuǎn)向架上的一個(gè)石磨狀“心盤”就起了很大的作用,心盤能使轉(zhuǎn)向架相對(duì)于車廂作自由轉(zhuǎn)動(dòng),這就像大吊車無需轉(zhuǎn)動(dòng)下部車體,其駕駛室連同長吊臂一起可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)一樣。
此外,當(dāng)列車通過彎道時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種離心力,它將嚴(yán)重威脅列車的行駛安全。為此,在設(shè)計(jì)彎道時(shí),設(shè)計(jì)師會(huì)根據(jù)彎道的曲線半徑和列車速度的快慢,來抬高外側(cè)鋼軌,使內(nèi)側(cè)鋼軌高度低于外側(cè)鋼軌高度,從而列車通過彎道時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向心力,用來抵消彎道引起的離心力,在線路曲線半徑、列車通過速度和軌道傾斜度這三者達(dá)到協(xié)調(diào)的情況下,列車就能安全、高效、平穩(wěn)地轉(zhuǎn)彎了。