Bine aţi venit pe Scientia QA!
Pentru a putea publica întrebări şi răspunsuri, trebuie să vă înregistraţi.
Atenţie! Este posibil ca e-mailul de confirmare a înregistrării să intre în Spam.
  • Inregistrare
Pune o întrebare

Newsletter


3,396 intrebari

6,605 raspunsuri

15,061 comentarii

2,148 utilizatori

Ce menţine trenul pe şine?

2 plusuri 0 minusuri
3,157 vizualizari
Majoritatea dintre noi, dacă am fi întrebaţi ce anume ţine roţile trenului pe şine, probabil ar face referire la flanşele roţilor de tren.

Doar că nu aceste flanşe sunt secretul, ba din contră, ele vin rar în contact cu şinele.

De asemenea, roţile de tren sunt solidarizate printr-un ax rigid care nu este prevăzut, ca la automobile, cu un complex de roţi dinţate (aşa-numitul diferenţial) care să le permită ca la nevoie, de pildă în curbe, să se învârtească cu viteze diferite.

Cum reuşesc totuşi trenurile să se menţină pe şine şi să urmeze trasee curbe, dacă, cel puţin aparent, roţile nu se pot învârti cu viteze diferite?

 

P.S.

Problema mi-a venit în minte citind întrebarea lui AdiJapan despre oglinzi şi ajungând astfel la o serie de prelegeri ale lui Feynman, în care explică şi fenomenul cu roţile trenurilor. Deşi am cam înţeles explicaţia lui Feynman, nestăpânind prea bine limbajul tehnic necesar pentru a explica "anatomia" roţilor de tren, am ales să pun aici întrebarea.
a intrebat goguv Senior (6,168 puncte) Feb 5, 2013 in categoria Auto - Moto
Filmul de care pomeneam mai sus e aici:
Excelentă întrebarea. Nici eu n-am știut multă vreme care e treaba cu roțile trenului și am presupus ca mulți alții că flanșele țin roțile pe șine. Realitatea, am aflat pe urmă, este că flanșele sînt doar pentru protecție în cazuri excepționale. Cînd flanșele intră în contact cu șinele se produc scîrțîituri puternice și ies scîntei, adică nu ăsta e modul normal de rulare a roților pe șine.

N-o să răspund la întrebare, cel puțin nu încă, pentru ca să apuce și alții să se gîndească și să se documenteze.
Fenomenul se numeste: interactiunea roata - sina si nu are nici o legatura cu solidarizarea celor doua roti. Acesta consta in descompunerea fortelor centrifuge ce actiuneaza in special in curbele cu raza mica si forta gravitationala. In urma acestui studiu, in curbele cu raza mica se aplica suprainaltarea caii in curbe ( ridicarea firului exterior cu o cantitate care sa "anuleze " efectul fortei centrifuge) pentru a anula efectul de "rasturnare" a vehiculului. Un exemplu simplu l-ati intalnit cand ati circulat cu trenul si ati observat ca in anumite curbe trenul se inclina. Este un stiudiu complex iar la Universitatea Tehnica de Cosntructii sectia Cai Ferate este un curs special.
Acest 'scartait" are cauze multiple. O cauza poate fi insuficienta de supralargire in curbe ca efect al incrierii vagonului in curba respectiva, o alta cauza poate fi si ingustarea ecartamanetului ( ecartament = distanta dintre cele doua sini), o alta cauza lipsa ungerii sinelor in curbele cu raza foarte mica ( in anumite situatii la intrarea pe curbele cu raze foarte mici se instaleaza aparate de ungere a sinei) si ca o ultima cauza: uzuri la bandajele rotilor ce numai asigura efectul de "pana" . Acest " scartait" conduce inevitabil de cele mai multe ori la uzuri premature ale sinelor s-au bandajului rotilor.
Supraînălțarea șinei exterioare la curbe nu este explicația pentru stabilitatea roților pe șine. De altfel în aceeași curbă trenul poate intra cu viteze foarte diferite, fără să devină instabil, deși supraînălțarea este strict valabilă pentru o singură viteză.
Tinere, am 20 ani experienta in constructia de cale ferata, asa ca nu ma convingi :) Imi pare rau, faci o confuzie, daca citesti cu atentie prima mea interventie probabil iti schimbi parerea. Oricum, confuzia ta pleaca de la intrebarea moderatorului, pentru a mentine un vehicul feroviar pe sina nu este obsolut necesar sa rezolvi problema ca roata sa stea pe sina, discutam de un complex de forte care cumulate conduc la stabilitatea vehiculului feroviar si implicit a rotii pe sina.
La ce tânăr şi la ce moderator vă referiţi?
Imi pare rau, dar nu intentionez sa intru in nici o discutie in contradictoriu cu dvs. O zi placuta va doresc
Departe de mine vreo intenţie "războinică". Eram doar curios de ce îmi spuneţi "moderator", căci bănuiesc că AdiJapan e "tânărul"...dar sunt de acord să închidem asta aici, căci nu are legătură cu discuţia...
Mulţumesc pentru această întrebare şi pentru toate clarificările voastre.
Merg des cu trenul de la Timişoara la Bucureşti şi nu o dată mi s-a făcut inima cât un purice în momentele în care trenul se înclină! Of! Mi-a fost atât de teamă, că mi se usca gura, nu aveam curaj nici să respir! Şi-i invidiam pe cei din jur, că puteau fi indiferenţi! :))

De asemenea, mi-e groază de porţiunea de lângă Dunăre, unde trenul circulă cu viteză foarte mică, iar şinele scot sunete sinistre.
De fiecare dată mă gândesc că oamenii de la CFR muncesc ei, verifică liniile, dar totuşi... acestea sunt lungi. Pot ei oare să descopere dacă pe undeva în zonele greu accesibile apare o ruptură, având în vedere că trenurile circulă des pe-acolo?
Iar după ce-am trecut de acea porţiune... răsuflu uşurată! :))

Mulţumesc încă o dată! Foarte, foarte utilă întrebare.
:))) Acum esti moderator Goguv :). "Tanarul" era "AdiJapan, dar sa stii ca nu a fost nici o urma de rautate, doar ca eu mai obisnuiesc sa ma adresez.

2 Raspunsuri

5 plusuri 0 minusuri
 
Cel mai bun raspuns
Aici e mecanică curată, explicaţia dată în filmuleţ ar trebui să fie suficientă.

Dacă secţionăm o roată transversal (în profil) se observă clar că profilul căilor de rulare nu este paralel cu partea superioară a şinei, ci este sub un unghi care crează (din greutate) o forţă de împingere a unei roţi spre cealaltă, sistem care centrează trenul pe şine. Acea flanşă pe interior există doar ca sistem de siguranţă, în cazul când sistemul de bază nu e suficient.

În cazul curbelor, care probabil ştie toată lumea că sunt foarte largi (adică există o diferenţiere mică între dinamica unei roţi raportată la cealaltă), la roţile de tren nu există acel sistem de diferenţiere, care face ca roata exterioară curbei să se învârtă puţin mai repede decât cea interioară (adică au viteze unghiulare diferite), aici roţile sunt rigidizate împreună, au tot timpul aceeaşi viteză unghiulară. Problema se rezolvă altcumva. Acelaşi profil de dinainte crează din suprafaţa de rulare, nu un cilindru, ci un trunchi de con, cu baza mică în exteriorul axei şi cea mare în interior, spre flanşă. Acest lucru ajută în curbe pentru că în acel moment se produce o deplasare a roţilor spre exteriorul curbei (oricum forţa centrifugă ajută şi ea asta), care produce o modificare nu a vitezei unghiulare, ci a celei tangenţiale, la punctul de contact cu şina, astfel: roata dinspre interiorul curbei tinde să cadă între şine, adică contactul se va face pe baza mică a trunchiului de con, unde viteza tangenţială (dependentă direct de diametru) are o valoare mai mică decât la roata exterioară, care însă tinde să cadă în exteriorul curbei, ceea ce înseamnă că roata atinge şina pe baza mare a trunchiului de con, unde la aceeaşi viteză unghiulară se obţine o viteză tangenţială mai mare.

În curbe, geometria roţii face ca fenomenul să se desfăşoare ca şi cum trenul are o roată a fecărei axe mai mare (cea din exteriorul curbei) cu puţin decât cealalată (din interior). Dacă încercaţi acelaşi lucru cu o axă cu roţile rigidizate având diametre diferite, o să se observe clar cum axa se mişcă după o curbă.
a raspuns Luke Experimentat (3,006 puncte) Feb 6, 2013
selectat de goguv Feb 7, 2013
0 plusuri 1 minus
De acord, discutam de viteza constanta pe acelasi sector de curba s-au de curbe ( nu de o singura viteza cum argumentezi).  Suprainaltarea caii in curbe are legatura directa cu stabilitatea vehiculului in curba.
a raspuns michi Novice (105 puncte) Feb 6, 2013
Din răspuns lipsește esența, iar esența stă într-un singur cuvînt: conicitate. Dacă roțile ar fi cilindrice (iar unele roți de tren în trecut s-au făcut cilindrice), flanșele ar fi obligatorii pentru ca roțile să nu cadă de pe șine, mai ales la curbe, dar și în rest. Pierderile prin frecare ar fi imense, iar uzura roților și a șinelor ar fi mult mai rapidă. Conicitatea face ca roțile să se auto-corecteze atît pe calea dreaptă cît și la curbe. Luke a răspuns foarte bine.

Cum spuneam și mai sus, supraînălțarea nu explică stabilitatea roților pe șine, nici pe cale dreaptă și nici la curbe, ci doar egalizează forțele de apăsare pe șine și crește confortul pasagerilor prin reducerea forțelor laterale (anularea lor la o anumită viteză).

Nu are importanță cîte zeci de ani aveți în construcția de căi ferate. Cînd răspundeți la întrebarea asta contează doar ce spuneți. Mă mir totuși că, deși presupun că știți despre rolul conicității roților, n-ați menționat-o în răspuns.

...