雨人abc
这是一个很有趣的问题,也是一个很多铁路迷关心的问题,我作为铁路工程师,尝试来回答一下,尽量写得通俗一些。不对之处,请专家指正。
要回答老式蒸汽机车为何会发生车轮空转的问题,首先让我们探讨一下机车动力是如何作用于车轮和钢轨之上,从而驱动列车前进的吧。请看下图:机车轮轨关系示意图。
上图,右边小轮为传动轮,左边大轮为机车的车轮,O为车轮的中心,C为车轮与钢轨的接触点,M是机车车轮产生的力矩,是机车牵引动力来源。当传动轮和机车车轮转动的时候,它们产生的作用力作用于O点和C点,而C点的力传递给钢轨,产生力F,即轮子对钢轨的作用力。当车轮与钢轨之间存在摩擦力的时候,由于钢轨不能移动,那么便产生一个与F力大小相等但是方向相反的作用力Fk,这个Fk就是驱动机车前进的牵引动力,称之为“机车轮周牵引力”,这是实实在在驱动列车前进的动力来源。打个比方,如果车轮和钢轨之间没有摩擦力或者摩擦力较小,以及钢轨能够移动,其结果就是车轮在原地空转而不能前进。
机车轮周牵引力Fk与车轮产生的力矩M和车轮的半径R有关。三者的关系如下:Fk=M/R。在轮轨之间存在静摩擦的条件下,当车轮的力矩M越大,则轮周牵引力越大;当车轮的半径越小,则轮周牵引力越大。
【总结】
蒸汽机车刚开始开动的时候,总会出现车轮空转打滑的现象,是因为司机一开始给了机车过大的动力,打破了车轮转动力矩M与轮周牵引力的力矩之间的瞬时平衡,再加上轨道上面结冰变得更加光滑,或者是轨道不平顺,造成摩擦力不足,按照铁路的行话来说就是机车的粘着力不够,产生不了足够的牵引动力,从而导致车轮的空转,这也是蒸汽机车在严冬时节很容易出现空转的原因。