Почему у электровозов и мотор-вагонов колеса с “дырками”?

Многие обращали внимание на то, что например в электропоездах есть вагоны, в которых колеса имеют “дырки” – спицы, а есть вагоны с монолитными колесами. Также электровозы имеют спицы а тепловозы нет. Почему и для чего?

Итак, я решил ответить на данный вопрос, прочитав то огромное количество заблуждений, которые распространяются в интернете. Что только не приходит на ум некоторым участникам обсуждений. Самое нелепое это то, что таким образом специально уменьшили вес колесной пары! Как такое можно сказать, представляете конструктора 140-тонного электровоза вдруг решили сэкономить 70 кг с колес. Неправильный ответ. Второй по популярности – это вентиляционные отверстия. В таком случае нельзя не согласиться, так как по факту отверстия есть, и воздух может через них проходить. Но это не цель.

На самом же деле все намного интересней. Для чего же на самом деле нужны спицы на колесах?

Начнем с того, что колесные пары электровозов и мотор-вагонов несут на себе все нагрузки по перемещению состава. И по этому имеют бандаж – это стальной толстый диск, который вставляется на колесо и становится его ободом. На новых электричках его еще окрашивают белой краской. В бандажах применяется специальная марка стали, ну а главный их плюс в сменяемости. Также для довольно мощных электродвигателей используется колесо с большим диаметром, чтобы при одинаковой частоте вращения проходить большее расстояние.

Теперь ближе к сути. Давайте вернемся к нагрузкам, дело в том, что колесо со спицами однозначно крепче чем литое. На таком колесе есть элементы, которые способны демпфировать (упруго деформироваться и возвращаться “на место” без проблем) при необходимости, а вот в литом колесе будут возникать сильные напряжения, которые могут привести к его разлому, как на фотографии ниже.

А возьмутся эти напряжения из-за того, что в ранних моделях электровозов и электропоездов, применяли опорно-осевое подвешивание электродвигателей. Это означает что к колесной паре без рессоры присоединен двигатель весом в 3 тонны. И когда колесо наезжает на неровность на рельсе, оно принимает огромную нагрузку, так как ему моментально необходимо проследовать по профилю неровности в жесткой сцепке с двигателем. 
Это все равно что приварить колеса напрямую к корпусу автомобиля – далеко вы не уедете. 
Именно по этому в колеса и закладывали большой ресурс крепости а самое главное – возможность демпфирования. А на современных электровозах и электропоездах применяется опорно-рамное подвешивание ТЭД, при котором тяговый электродвигатель присоединяется одной стороной к подрессоренной раме, и нагрузка на колеса снижается, а с ней пропадает и необходимость в спицах. Но так как ремонт у нас один на все модели подвижного состава, и старые и новые, колесные пары остаются унифицированные и по сей день.