Поезда, которые поднимаются в гору под уклоном 45°
Представьте что вы путешествуете на пассажирском поезде, и вдруг на маршруте следования возникает гора, и не маленькая – километра полтора, с очень крутыми склонами, и через них проложены ЖД пути, по которым вашему поезду предстоит проехать. А теперь внимание вопрос – что дальше произойдет? Ответ зависит от одного лишь фактора – скорости, с которой состав приблизится к самому подножью склона. Если она будет высокой, то инерция затащит поезд как можно выше. Однако сила тяжести очень быстро перевесит все движущие силы, и даже силу трения. Никакой локомотив с таким подъемом не справится, и поезд покатится назад. Тормоза его не удержат, и будет он так катиться, пока не окажется на ровной поверхности. А если при подъезде к склону скорость была не больше пяти км/час, то подняться поезд вообще не сможет.
А как же тогда “классический” поезд преодолевает горные хребты? – Для этого железная дорога строится вокруг горы, как бы опоясывая ее, с постепенным подъемом. Угол наклона получается небольшой, но зато длина пути значительно увеличивается.
Так обстоят дела с большой железной дорогой, но тема публикации есть – значит есть и такие поезда. И вот о них я сейчас расскажу вам.
Зубчатая железная дорога
На самом деле железные дороги с большим углом подъема есть во многих странах (например в Швейцарии, Нидерландах), но ни наша страна, ни даже бывший СССР, не имели таковых. Устроены эти дороги все абсолютно одинаково, по этому мой пример из Швейцарии смело можно приложить к другим странам, богатым горными рельефами.
Хочу сразу заметить, что это именно рельсовая железная дорога, здесь нет ни канатов, ни каких-либо специальных удерживающих устройств. Зато есть уклон 45 градусов, и за возможность по такому уклону двигаться потребовалось разработать одно конструкторского решение.
Классические колёса, которые за счет сил трения могут сдвинуть с места состав, здесь бессильны. На таком профиле пути проскальзывание неизбежно – а именно из-за этого явления теряется до половины мощности двигателя, вращающего колесную пару. И на данной дороге колеса выполняют исключительно удерживающую функцию.
Конструкторам пришлось добавить ещё одно ведущее и тормозное колесо, но только оно стало Зубчатым. Это колесо расположено под составом между колесными парами и ровно по центру между удерживающими колесами. А на пути, так же по центру, добавлен третий рельс – который представляет из себя зубчатую рейку. Ведущее колесо входит в прочное зацепление с этим рельсом, а крутящий и тормозной моменты от двигателя или тормозных дисков полностью передаются от колеса – рельсу (Не пишите глупости в комментариях, любое движение относительно!).
На таких дорогах в основном перемещается один, либо два сцепленных между собой, мотор-вагона. Внешне они выглядят как бы “скошенными”, такими их делают для того, чтобы пассажиры находились на ровной поверхности, в моменты долгих подъемов и спусков с горы, под наклоном в 45 градусов.
Над ЖД полотном расположен контактный провод, который подвешивается на бетонные или металлические опоры (столбы). Такие поезда, в основной своей массе, являются скорее электрическими рельсовыми автобусами, чем электричками (электропоездами). Всё таки перевозимый вес, да и скромные размеры вагонов, очень уступают старшим собратьям, даже с узкоколейных железных дорог.
На контактном проводе постоянное напряжение (или ток, что так же верно, только вторично) 400 вольт, и оно питает электродвигатель, который через понижающий редуктор соединен с зубчатым ведущим колесом. Именно благодаря такому редуктору обеспечивается достаточный для свободного перемещения вагона крутящий момент, и мощное тормозное усилие при переводе двигателя в режим рекуперативного (когда электроэнергия из двигателя попадает обратно в контактную сеть, для экономичных европейцев это очень важно) или реостатного торможения. Во время спуска один из этих видов тормоза и используется. В итоге вращение ведущего колеса ограничивается электродвигателем, а при необходимости совершить остановку используются прижимные колодки, обжимающие специальный диск, установленный на валу электродвигателя. Эти колодки возвращаются в “нетормозное” положение мощным электромагнитом через рычажные тяги (всё как у любого современного или древнего лифта). Зато в случае если произойдет отключение электроэнергии, этот тормоз сработает, и вагон остановится на месте. Дальнейшее движение будет возможно только вниз, под ручным управлением тормозом.
В нашей стране подобный принцип движения – через зубчатое колесо, используют некоторые тяговые агрегаты для перевозки горных пород. А за рубежом подобные дороги в основном перевозят туристов.
Есть ещё один вид транспортных средств, передвигающихся по крутым склонам. Они также движутся по рельсам, только вместо зубчатого колеса используется канат. И из-за этого их принято называть – Фуникулёр. Принцип его движения заключается в том, что под вагоном (посреди рельсового пути) вращается по кругу, от одного конца дороги к другому, канат (как цепная передача на велосипеде), и специальным устройством на вагончике осуществляется захват каната, движущегося в нужном направлении. Это устройство сжимает канат и вагончик приходит в движение.
