火车是如何实现变轨的？

来源:中科院半导体所发布时间:2023-05-261765浏览

文章来源：力学科普

作者：bingo

相比于其他交通工具，轨道交通的优势较为明显，不仅装载量大，而且具备运输成本低、受气候影响小等优点。但是，我国铁路线遍布全国，错综复杂，小伙伴们是否产生过这样的疑惑，在如此错综复杂的铁路线上运行的火车是如何实现变轨的呢？是靠司机控制台上的某个按钮或者手柄吗？今天，我们就来聊一聊火车变轨的原理。

我们都知道火车车轮是压在钢轨上的，但是很多小伙伴可能没有仔细观察过火车车轮与钢轨之间的位置关系。我们可以从下面这张图中看到在车轮的内侧有一圈比车轮半径更大的圆盘，也就是图中的红色部分。它的名字叫做轮缘，如果用锤子敲击一下，会发出像敲锣一样清脆的声响，可见它只有薄薄的一层。这个结构便保证了车轮始终在轨道上运行而不至于脱轨，并且控制着火车的运行方向。

现在我们知道，轮缘是用来控制火车运行的方向，那么，要实现火车的变轨，其实就是要控制轮缘的位置。于是人们便发明了“道岔”这种东西，以控制轮缘位置的方式，实现火车的变轨。

道岔由转辙器、连接部分、辙叉及护轨三个单元组成，转辙器包括基本轨、尖轨和转辙机械。在轨道变轨的过程中，用得最多的是单开道岔。除此之外还有双开道岔、三开道岔以及多开道岔等。双开道岔为Y形，即与道岔相衔接的两股道向两侧分岔。

道岔作为钢轨中能活动的一部分控制着火车的变轨，当道岔部分留有小细缝的时候，轮缘就可以从小细缝中穿过，按照外侧轨道引导的方向行进。当两根轨道密贴时，轮缘就被引导到靠内侧的轨道方向行进。

道岔在早些时候还是由人工来控制，理论上，只要把道岔的位置扳对了，火车进入正确的股道或者通过车站是没有问题的。但是，由于人工操作实在是没有办法保证每次都扳对，即便是采用机械的方法，也不能保证其不出故障。道岔一旦没有扳倒位，那么火车经过道岔的时候，很容易发生脱轨事故。为了防止变轨不到位、火车通过时道岔控制震动变动，就发明了联锁检测机构。所谓“联锁”就是一种保证进路、道岔位置、信号三者的相互制约关系的机制。在联锁规则的约束之下，可以保证火车在车站里面所经过的进路，在同一时间是不冲突的，是可以避免列车相撞的，这种控制也是需要定期检查的。而对于现在的铁路系统，大都采用计算机来精准控制道岔的移动方向，极大的减小道岔扳错方向或扳不到位的情况。

那么，有小伙伴可能会好奇火车上有油门吗？答案是没有，同时火车也没有方向盘和挡位。火车上控制速度的其实是手柄，它控制的是柴油机的转速，柴油机带动发电机发电，发电机再驱动轮子上的电动机来驱动车轮。火车和汽车的原理差很多。因为汽车很轻，可以使用机械变速箱；而整列火车重达几千吨，如果使用机械变速则没有什么金属可以承受得住这么大的扭矩，所以火车上是没有变速箱的。火车的方向是轨道控制，而轨道则由调度控制。司机只要控制火车的速度和启停，这些都听从调度的指令，调度让开多快就开多快，让停就停。