Представьте, что законы физики на Земле работают немного иначе. В таком случае железная дорога могла бы выглядеть совсем по-другому. Например, вместо привычных рельсов с одной головкой, мы могли бы использовать двухголовые рельсы — конструкцию, которая когда-то считалась перспективной.
1️⃣ Двухголовые рельсы
Конструкция двухголового рельса позволяла переворачивать его, когда одна из головок изнашивалась. Благодаря такому принципу экономилась очень ценная сталь. И если бы нагрузки на рельсы не увеличивались бы с ростом скоростей, двухголовый рельс мог бы стать стандартом на железнодорожном транспорте.
Давным-давно рельс крепился к подкладке с помощью простого деревянного чопика, который, кстати говоря, не препятствовал удлинению и укорочению рельсов из-за температурных перепадов. На практике такая конструкция работала хорошо в условиях небольших нагрузок и скоростей, что делало её экономичной в сравнении с классическим рельсом, так как один такой рельс можно было использовать дважды.
Однако, как выяснилось позже, двухголовый рельс не мог справиться с возросшими требованиями для железных дорог. Под воздействием более интенсивных поездных нагрузок не только верхняя, но и нижняя головка начинала изнашиваться.
Если бы физика позволяла таким рельсам выдерживать современные нагрузки, двухголовый рельс мог бы стать нормой, ведь в 19 веке его использовали. Однако с развитием железнодорожного транспорта, с увеличением скоростей движения его вытеснил более эффективный широкоподошвенный рельс.
2️⃣ Косые стыки
Косой стык был предложен еще в 19 веке для уменьшения динамических ударов, возникающих при прохождении колес поезда через стыковый зазор. Это решение должно было создать плавный перекат через рельсы, снизив нагрузку и уменьшив износ.
В то время эта идея активно тестировалась в Европе и Америке, однако в итоге не получила широкого распространения. С ростом скорости поездов и увеличением нагрузок на рельсы стало понятно, что косой стык не выдерживает таких условий. При высокой скорости такой стык создает высокую концентрацию напряжений на острие косого рельса, что приводит к большему износу и разрушению.
Именно поэтому эту конструкцию заменили на более простую и надежную, на простой классический тупой стык или вообще бесстыковой путь.
Если бы физика работала чуть по-другому, косой стык стал бы стандартом на железных дорогах.
3️⃣ Стыки на шпалах
Когда-то, в 19 веке, инженеры считали, что стык рельсов должен располагаться прямо на шпале — это казалось логичным, ведь в стыку прогиб рельса больше, чем на непрерывном участке рельсовой нити.
Однако с ростом скоростей поездов и увеличением их веса, выяснилось, что такая конструкция слишком жёсткая и плохо гасит динамическими удары. А в кривых участках появились раскачивания, что в общем ухудшало плавность движения.
К концу 19 века начали использовать стык между шпалами, который оказался более упругим и снижал ударные нагрузки. Но это привело к другим проблемам — накладки и концы рельсов стали испытывать сильные изгибающие нагрузки, что потребовало сближения шпал в стыках. Однако даже при этих недостатках на практике стык между шпалами уменьшал износ железнодорожного пути.
Если бы физика была другой, с другой механикой распределения нагрузок, стык на шпале стал бы стандартом.
4️⃣ Стыки "вразбежку"
В начале 20 века США применяли укладку рельсов с шахматным расположением стыков — "вразбежку". Идея казалась хорошей: удары от колес распределяются поочерёдно, продлевая срок службы пути. Это особенно подходило для тяжелых и длинных американских вагонов. Казалось, такой подход может стать мировым стандартом.
Однако выяснилось, что шахматные стыки вызывают неравномерную нагрузку на шпалы. Для компенсации приходилось использовать дополнительные накладки и чаще укладывать шпалы. Поэтому в Америке от метода постепенно отказались.
В Европе и России тоже были эксперименты с шахматной укладкой, но итог оказался схожим — классическая укладка стыков друг напротив друга оказалась проще и надёжнее при высоких нагрузках. Стыки вразбежку могли бы стать стандартом. Но в реальности победила схема с параллельным расположением стыков.
5️⃣ Альтернативная железная дорога
В иной технологической реальности, где нагрузки распределялись бы иначе, а свойства материалов вели себя чуть по-другому, железнодорожный путь мог бы принять совершенно иную конструкцию рельсошпальной решетки.
Вместо классических рельсов с одной головкой использовались бы двухголовые — их можно было бы переворачивать и использовать дважды. Стыки делались бы косыми для более плавного прохождения колес, устраняя удары.
Размещались бы такие стыки прямо на шпалах — так когда-то и делали, пока не отказались от этой идеи. И, чтобы повысить прочность всей конструкции, их укладывали бы в шахматном порядке — "вразбежку". В результате получился бы путь, который меньше изнашивается, требует реже ремонта и обеспечивает более плавное движение.
Спасибо, что прочитали, ставьте лайки 👍 и подписывайтесь!