لماذا تحتوي القطارات على عجلات مثل الأقماع؟

يعود تاريخه إلى اختراعهم في عام 1804 ، كانت القطارات طريقة نقل حيوية لعدة قرون. هم من بين أفضل الاختراعات من الثورة الصناعية ودخلوا في حقبة جديدة. استبدلت القاطرات التي تعمل بالطاقة البخارية بشكل مطرد قطارات العربة التي تجرها الخيول التي تسبقها بقدرتها على تحريك الكثير من الركاب والبضائع الثمينة عبر الأرض بسرعات سريعة باستخدام حصانهم الغاشمة. المتداول مع تقدم التكنولوجيا الحديثة ، القطار كما نعلم أنه شهد العديد من التغييرات في التصميم على مر السنين. ربما يكون أحد أهم عناصر التصميم هو عجلة ذلك.

إعلان

هل سبق لك أن لاحظت أن عجلات القطار لها شكل مخروطي فريد؟ قد تعتقد أنه اختيار جمالي بحت. وعلى الرغم من أنه قد يضفي على المظهر العام للقطار ، فإن شكل العجلات يلعب دورًا مهمًا في عملية القطار ، مما يسمح له بالتنقل بأمان وسلاسة على السكك الحديدية. إذا لم يكن الأمر يتعلق بميزة التصميم ذات الهندسة بذكاء ، فقد يتم تشغيل القطار القوي مباشرة من المسار.

العجلة المخروطية هي إنجاز مبتكر للهندسة يساعد القطار مع شيئين رئيسيين: التنقل المنحنيات والبقاء على المسار. لفهم كيفية عمل العجلات المخروطية ، من المهم أن نفهم لماذا لا تعمل العجلات المستديرة. على الرغم من أن التنقل في مسار مستقيم قد يعمل بشكل جيد بما فيه الكفاية ، فإن محاولة توجيه قطار بعجلات مستديرة على خط سكة حديد منحني من شأنه أن يشكل تحديًا ، مما يؤدي على الأرجح إلى خروج القطار. وذلك لأن العجلات المستديرة تفتقر إلى قوة المركز الذاتي لإبقائها متوافقة مع المسار ، خاصة عند التنقل في المنحنيات.

إعلان

على عكس العجلات المستديرة أو الأسطوانية ، فإن الشكل المخروطي لعجلات القطار يخلق قوة مركزة على الذات. العامل الرئيسي هو أن جانبي العجلة مختلفان في قطره ، مما يسمح بنقطة التلامس بين العجلة والمسار بالتحول بشكل طبيعي مع حركة القطار. مع تحول القطار ، يتواصل الجانب الأكبر من العجلة مع المسار ويدعم وزنه ، بينما يتحرك الجزء الأصغر بشكل أسرع قليلاً ويسمح للعجلة بالتحرك في اتجاه المنحنى. (إذا كنت تواجه مشكلة في تصوير ذلك ، شاهد مقطع فيديو YouTube أعلاه للحصول على مرئي أوضح حول كيفية عمله). في الأساس ، إذا لم يكن التصميم المخروطي للعجلة يدعم الحركة السلسة والاستقرار على المسار ، فإن خطر حدوث حادث قطار مميت سيزداد بشكل كبير.

إعلان

لم تكن عجلات القطار مخروطة دائمًا. عندما كانت نقل القطار لا تزال جديدة في أوائل القرن التاسع عشر ، كانت العجلات أسطوانية ومصنوعة من الحديد الزهر. تتأثر ثقل القطار – الذي أصبح أثقل عندما يتم ملؤه بأحمال كبيرة من البضائع – كانت العجلات عرضة للكسر ، مما أثار الحاجة إلى مادة أقوى. ابتداءً من ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، بدأ المهندسون في استبدال الحديد الزهر بالحديد المطاوع ، والذي صمد بشكل أفضل على المدى الطويل. في أواخر القرن التاسع عشر ، قاموا بالتحول إلى الصلب ، وهي مادة أقوى تستوعب الوزن المتزايد وسرعة القطارات.

إعلان

بصرف النظر عن ما صنعوه ، تسبب شكل عجلات القطار المبكرة في مشكلة شائعة أخرى: التذبذب. بسبب الشكل الأسطواني للعجلة ، مع تحول القطار ، فإنه يتأرجح من جانب إلى آخر. هذا ألهم استخدام العجلة ذات الحواف. اخترعه الإنجليز وليام جيسوب في عام 1789 ، تم بناء العجلة ذات الحواف في الأصل لقطارات العربة في وقت مبكر ، مما يساعدهم على السيطرة على القضبان بتصميمهم المبتكر. إضافة العنصر المشتعلة إلى عجلات التدريب وضعت توقفًا عن التذبذب ، مما يضمن الاستقرار العام للقطار على المسار.

في وقت لاحق ، قام بتوضيح تصميم العجلات ذات الحواف ، بتنفيذ رائد السكك الحديدية جورج ستيفنسون استخدام العجلة المخروطية في عام 1814. وقد أحدث هذا ثورة في طريقة تنقل القطارات إلى السكك الحديدية. حتى يومنا هذا ، تعتبر العجلات المخروطية عنصرًا أساسيًا في تصميم القاطرة ، مما يسمح للقطارات بسلاسة حول المنحنيات والبقاء على المسار الصحيح.

إعلان