JAES Learning

Koła pociągu nie są idealnie cylindryczne, lecz lekko stożkowe.
Naszym zdaniem ten stożkowy kształt to cud inżynierii, który spełnia dwa główne cele:
po pierwsze, koryguje tor ruchu pociągu w kierunku środka, a po drugie, pozwala pociągowi uzyskać działanie mechanizmu różnicowego.

Aby zrozumieć pierwszy efekt, rozważmy prosty eksperyment z papierowymi kubkami sklejonymi razem. Gdy toczę ten zestaw sklejonych papierowych kubków po tych torach, widać, że poruszają się idealnie prosto.
Nawet jeśli spróbuję lekko przechylić kubki na początku, wciąż potrafią utrzymać kierunek. A co z tym zestawem? Jest sklejony w przeciwną stronę.
Gdy toczę te kubki po tym samym torze, to porażka.

Koła kolejowe wykorzystują właśnie taki stożkowy kształt. Ten kąt zapewnia, że koła nigdy nie wypadną z toru, ale pytanie brzmi: dlaczego?
Ta stożkowa konfiguracja wytwarza siłę samocentrującą. Aby zrozumieć jak, musimy przeanalizować siły działające na koła. Podczas ruchu po prostym torze, główne siły działające na koła pokazano tutaj.
Siły reakcji zawsze będą prostopadłe do powierzchni stożka.

Gdy koła są wycentrowane, poziome składowe tych sił wzajemnie się znoszą. Załóżmy teraz, że z jakiegoś powodu koła przesunęły się w prawo. Dzieje się coś ciekawego z kołami pociągu, gdy poruszają się wzdłuż osi.
Zauważyłeś to? Na obrazie wyraźnie widać, że cała oś kół pociągu przechyla się, jak pokazano. Razem z tym przechyleniem przechylają się również siły normalne.

Jeśli przeanalizujemy siły w tej sytuacji, widać, że pojawi się siła wypadkowa skierowana w lewo. Ta siła automatycznie przywróci koła do środka. W miarę jak koła zbliżają się do środka, siła samocentrująca zanika.
Jakaż to prosta, a zarazem genialna technika samoczynnego centrowania kół, prawda? Na obu końcach kół zamontowano ranty (zwane także kołnierzami) jako dodatkowe zabezpieczenie.