Vì Sao Ở Đoạn Đường Sắt Vòng, Đường Ray Phía Ngoài Phải Đặt Cao Hơn Một Chút So Với Đường Ray Phía Trong?

đoạn đường sắt vòng

Khi tàu hỏa chạy trên đoạn đường sắt vòng nó thực hiện một chuyển động tròn và đương nhiên cũng phải có tác dụng của lực hướng tâm. Lực hướng tâm ấy từ đâu mà ra?

Rõ ràng là tàu hỏa không thể làm giống như người ngồi xe đạp khi đến chỗ vòng thì tự giác nghiêng vào phía trong. Có thể thông qua ray thép chịu trọng lượng của nó để cấp cho nó một lực hướng tâm.

Nói chung khoảng cách bên trong hai thanh ray lớn hơn khoảng cách má ngoài của hai bánh bên phải và bên trái của tàu hỏa một chút. Khi tàu hỏa đang chạy trên đoạn đường bằng phẳng thì giữa đường ray và mặt bên của bánh không tiếp xúc sát nhau; lúc đó đường ray chỉ có lực đẩy lên trên đối với bánh (tức áp lực thắng đứng) không lực đẩy theo hướng ngang xác định (tức áp lực ngang).

Nếu ở chỗ đường sắt vòng hai thanh ray vẫn cao thấp bằng thì khi tàu hỏa chạy qua, mặt bánh ngoài của nó sẽ chặt vào ray phía ngoài, còn mặt bánh trong sẽ cách ray phía trong khá rộng, lúc đó đường ray bên trong chỉ có tác dụng của áp lực thắng đứng đối với bánh còn đường ray bên ngoài, ngoài tác dụng của áp lực thắng đứng đối với bánh còn chịu tác dụng của áp lực ngang. Áp lực ngang này chính là lực hướng tâm mà đường ray cấp cho tàu hỏa.

Tốc độ tàu hỏa nhanh thì áp lực ngang cũng lớn. Áp lực ngang quá lớn, ngoài việc làm cho mặt bên bánh và mặt bên đường ray bị mài mòn nghiêm trọng ra còn có khả năng đẩy đường ray bên ngoài di chuyển ngang về phía ngoài, gây nên sự cố trật ray, thậm chí có khi còn xảy ra nguy cơ lật tàu.

Làm thế nào để loại trừ sự cố nguy hiểm mà lại vẫn cấp được lực hướng tâm mà tàu hỏa cần? Khi làm những đoạn đường chạy vòng nói chung công nhân đường sắt đã dùng biện pháp đặt cao ray bên ngoài một cách thích đáng để giải quyết vấn đề này. Áp lực của đường ray nghiêng vào bánh lúc này, hướng vuông góc với mặt nghiêng của đường vòng.

Áp lực này là do hai phân lực hợp thành, một phân lực theo hướng thẳng đứng lên trên đỡ trọng lượng tàu hỏa, một phân lực theo hướng ngang và hướng vào tâm đường vòng. Phân lực này chính là lực hướng tâm mà khi chạy qua đường sắt vòng tàu hỏa cần tới. Một khi đã như vậy thì loại áp lực ngang gây ra sự cố hầu như không tồn tại nữa.

Thế nhưng đường ray ngoài nên đặt cao hơn đường ray trong bao nhiêu thì mới được coi là thích hợp? Điều này phải căn cứ vào bán kính đường vòng và tốc độ tàu hỏa để tính toán. Một khi đã xác định độ cao chênh lệch giữa ray trong vào ray ngoài thì tốc độ tàu hỏa khi đi qua đường sắt vòng phải có giới hạn nhất định. Tốc độ quá lớn hoặc quá nhỏ đều có thể làm cho đường ray chịu áp lực ngang. Nếu khi tốc độ tàu hỏa vượt tốc độ chạy quy định nhiều quá thì lực hướng tâm do chênh lệch độ cao giữa ray trong và ray ngoài không đủ để làm cho tàu hỏa từ chuyển động thắng biến thành chuyển động tròn, tàu hỏa vẫn có nguy cơ bị trật bánh.

Viết một bình luận