火车拉那么多铁皮货物，在光滑的铁轨上如何保证牵引车强大的牵引力？
1. 静摩擦力是关键
摩擦力的种类： 物体之间接触时，会产生两种主要的摩擦力：静摩擦力和动摩擦力。
静摩擦力： 当两个物体之间没有相对运动时，阻止它们产生相对运动的力称为静摩擦力。静摩擦力的大小可以从零到最大静摩擦力不等。
动摩擦力： 当两个物体之间发生相对运动时，阻碍它们相对运动的力称为动摩擦力。动摩擦力的大小通常小于最大静摩擦力。
火车牵引的原理： 火车头通过驱动轮转动来前进。驱动轮的转动试图使轮子在铁轨上滑动。然而，在不打滑（不超出最大静摩擦力）的情况下，铁轨对驱动轮施加了一个静摩擦力，这个静摩擦力是向前的，正是这个力将火车头和后面的货物向前“拉”动。
最大静摩擦力： 对于任何一对接触的物体，都存在一个最大静摩擦力。一旦施加的力超过了这个最大值，物体就会开始滑动，此时摩擦力变成动摩擦力。火车的牵引力必须小于或等于驱动轮与铁轨之间的最大静摩擦力，否则就会发生打滑。
2. 影响最大静摩擦力的因素
最大静摩擦力的大小由两个主要因素决定：
正压力 (N)： 这是两个接触面之间相互垂直的作用力。在火车的情况下，正压力就是火车轮子对铁轨的压力。
静摩擦系数 (μs)： 这是描述两个接触表面之间摩擦特性的一个无量纲的数值。它取决于接触表面的材料、粗糙程度、湿度、温度等多种因素。
最大静摩擦力 (fs_max) 的计算公式为：
`fs_max = μs N`
3. 火车头如何实现强大的牵引力？
火车头的设计巧妙地利用了上述原理，通过多种方式来最大化其牵引力：
巨大的重量（增加正压力 N）：
火车头自身的重量： 火车头本身就非常沉重，由强大的引擎、大量的燃料（或电力设备）、坚固的金属结构等组成。这个巨大的重量直接转化为作用在驱动轮上的正压力。
负重能力： 火车头通常被设计成能够承受一定的自身重量，而不是将所有重量都压在驱动轴上。但总而言之，巨大的重量是增加正压力的最直接方式。
载重分配： 虽然货车本身也重，但它们是通过连接杆与火车头连接。真正产生向前的牵引力的是火车头与铁轨之间的摩擦力。
优化轮轨接触（影响静摩擦系数 μs 和有效接触）：
轮轨材料： 火车轮子和铁轨通常由非常坚硬、耐磨的钢材制成。虽然钢材看起来光滑，但微观层面存在一定的粗糙度，这提供了摩擦的来源。同时，钢材的摩擦系数虽然不如橡胶，但在承受巨大压力时能提供足够的摩擦力，并且比其他材料更耐磨损。
轮缘设计： 火车轮子有特殊的轮缘（flange），可以引导轮子在轨道上准确运行，并防止其脱轨。在转弯时，轮缘与轨道的侧面会产生一定的侧向摩擦力，这也有助于保持稳定和一定的牵引力（虽然主要牵引力还是靠轮子踏面）。
接触面积： 尽管我们常说轮子“滚动”，但在微观层面上，轮子与铁轨的接触并非是一个完美的线接触或点接触，而是由于弹性形变产生的一个小的接触区域。这个区域的精确大小和形状对摩擦力有影响。
干燥度： 铁轨表面的干燥度对摩擦系数至关重要。潮湿、油污、冰雪等都会显著降低摩擦系数，导致打滑。
驱动轮的设计：
驱动轮数量： 火车头通常有多个车轴，并且其中一部分车轴的轮子被设计为驱动轮，由引擎直接驱动。这意味着更大的轮子数量参与提供牵引力，从而分散了负荷并提高了总的牵引能力。
轮子设计： 驱动轮的设计经过优化，以确保在承受巨大压力和扭矩时能够有效传导力并提供摩擦力。
增重措施（在极端情况下）：
沙箱系统： 为了应对潮湿或低摩擦力的天气条件，火车头通常配备有沙箱。在需要额外牵引力时，司机会向驱动轮和铁轨之间撒沙子。沙子颗粒能嵌入微观的接触区域，增加表面的粗糙度，从而显著提高静摩擦系数，防止打滑。这是一种非常有效的“临时”增加牵引力的方法。
动力传输和扭矩控制：
强大的引擎： 火车头拥有强大的动力系统（蒸汽机、柴油发动机或电力牵引电机），能够产生巨大的扭矩。
齿轮减速（针对内燃机和电力机车）： 引擎的转速通常很高，需要通过齿轮组进行减速增扭，以更适合驱动车轮。
精确的扭矩控制： 现代机车具有精密的电子控制系统，可以精确地控制施加给驱动轮的扭矩，避免瞬间施加过大的扭矩导致打滑。
4. 货物的影响
虽然货物本身不直接提供牵引力，但它们在两个方面间接影响了牵引力：
增加总重量（负荷）： 货物无疑会增加整个列车的总重量。这使得火车头需要更大的力来克服惯性启动和维持运动。然而，这个额外的重量主要由所有车轮分摊，包括货车自己的车轮。重要的是，驱动轮对铁轨的压力是产生牵引力的核心。
重心和稳定性： 货物的分布会影响列车的重心，进而影响列车的稳定性和轮轨之间的压力分布。合理的载货方式有助于保持列车的稳定运行。
总结来说，火车在光滑铁轨上保持强大牵引力的核心在于：
利用驱动轮与铁轨之间的最大静摩擦力。
通过巨大的火车头自重来提供强大的正压力。
精心设计的轮轨材料和接触面，虽然“光滑”但并非绝对，存在摩擦系数。
多驱动轮的设计增加了总的摩擦力和牵引能力。
在必要时，通过撒沙等手段进一步提高摩擦系数。
强大的动力系统提供必要的扭矩，并通过精密的控制系统转化为有效的牵引力。
因此，尽管铁轨看起来光滑，但其表面粗糙度与轮子钢材的摩擦组合，加上巨大的压力和精密的工程设计，共同确保了火车能够产生并维持强大的牵引力，拉动沉重的货物。
网友意见
首先，车头比车箱要重很多。车头一般150吨左右，每节车箱约60-80吨左右。
很多人以为火车的起动过程是这样的：车头轮子一转，所有车箱跟着一起被拉着动。
完全不是的。
个人小时候家附近就有一个火车站，经常观察火车的起动过程。
司机很聪明。这个起动过程是这样的：
1、车头先脱离车箱，向前慢跑个约30米（有经验的司机可能会根据后面的车箱数估计出向前奔多少米）。
2、车头倒车回来撞向车箱，使各连接器松开，并留出一小段缝隙。小时候经常听到“咣咣”的撞击声。
3、然后车头再向前运动，拉动第一节车箱向前运动。
接着车头、第一节车箱一起拉动第二节车厢向前运动。
4、然后以此类推，牵引力逐渐前后传递。最后整个列车都以同样的速度向前走。
每节车箱之间的连接铰链十分粗大，大概有一个2-3厘米左右的空隙。
所以火车头其实每次都是在拉动 “一节” 车箱。
而火车头的重量远大于每一节车箱。火车头能够提供的牵引力也远大于每一节车箱的静摩擦力。
高铁不一样。高铁的动车是均匀分散在每一节车厢的。
高铁相当于每节车厢配备一个发动机（实际观察可能两节车厢对应一个动力组）。
补一张视频截图：论野蛮操作对钢轨有何坏处
图源：https://b23.tv/BV1hE411F7UG
这个是印度司机干出来的活儿，启动不能还加载动力放任车轮空转，在钢轨上狠狠地刨了12个坑，唯一运气好的是车轮没有热熔焊死在钢轨上。（涉事机车：鬼知道我经历了什么）
靠轴重，以及精巧的动力控制实现启动，动起来了就好办，再用精巧的动力控制加速到合适的速度，此时车辆本身也是有巨大的惯性，不会立即就停止不动。
轴重即车重分散到每根轴的重量，一般就是车重/轴数。平均来看，机车部分轴重最大，有23到25吨，依照整备情况略有不同。其他车厢的轴重一般不会超过这个重量，主要是为下面的铁路考虑。
目前的铁路机车一般是单节6轴或者双节8轴，山区铁路因为坡道较大较多可能会使用多节机车，使得整体的动力及牵引力储备能够对抗坡道产生的额外阻力。关于坡道阻力，请自行回忆高中物理经典题型：斜坡上的小车/球/滑块，以及受力分析。
我国平原铁路一般由一台138吨左右的6轴机车牵引满载总重5000至6000吨的货车，山区铁路则可能是多台6轴机车，或者重量为184吨的双节8轴电力机车牵引满载总重4000吨左右的货车。至于客车则更轻，18节编组的客车一般在1000吨至1100吨左右。
精巧的动力控制是指机车设计研发时就考虑启动时如何控制，所以有了启动及雨天撒砂增大轨道面摩擦力这种常用手段。不过落实到司机那里，则有不少操纵技巧。常规启动操纵就是动力手柄稍微往上抬一点，以当前状况（天气情况、轨道污损情况）决定是否需要撒沙，莽一下把车辆顶动。在我国标准为自动钩的前提下，有一种启动方法是这样，机车启动前往后顶一下，把所有车钩顶紧，再往前拉。由于自动车钩本身就有缝隙，从顶紧到拉紧的间隙一般是一个手指头那么大，所以启动时变成逐节加载列车阻力，而不是加载全部列车阻力。当然，某种情况下光是卸载制动就能实现类似的效果，所以直接启动，挨个拉动车厢，只要能动起来就是好事。当然为了防止列车启动时冲动，司机可以卸载制动至制动力快要消失时即加载动力，车辆启动就很平稳了。这个就有点像手动挡汽车的坡道启动，手刹拉紧后立即松开，马上松离合踩油门，慢慢地就走起来了。
再稍微补充下，目前车辆轴承基本都是滚动轴承，轴承里面有润滑油，但是因为密封得好基本不用补油，油漏完了就换新的。未启动时润滑油没有完全覆盖轴承接触面，以及温度较低导致润滑油粘度上升等原因，故而此时的启动阻力较大。等到车辆启动，润滑油随着轴承运动逐渐覆盖到接触面，这时的车辆阻力就会相对降低，机车就不需要启动时那么大的牵引力对抗运行阻力。
类似的话题
-
火车之所以能在光滑的铁轨上保持强大的牵引力，并不是依靠货物本身，而是主要依靠火车头（牵引车）与铁轨之间的静摩擦力。虽然我们常说铁轨光滑，但实际上它们并非绝对光滑，而且火车的设计也充分利用了摩擦力的原理。下面我将详细解释其中的奥秘：1. 静摩擦力是关键 摩擦力的种类： 物体之间接触时，会产生两种主............. -
这确实是个很有意思的问题，尤其是在现在大家生活水平普遍提高的情况下，很多时候我们直觉会认为，差价不大，那肯定选舒服的卧铺啊。但实际情况呢，无论什么时候，火车硬座都绝对是拥挤的，而且很多时候还一票难求。这背后的原因，远不止是那一百块钱的差价那么简单，而是掺杂了很多实际情况、个人考量，甚至可以说是中国特.............
-
这个问题很有意思，其实普速火车软卧比高铁和飞机贵，但依然拥趸众多，背后有着挺多值得说道的道道。它不是一个简单的“贵就是好”或者“便宜就没人选”的逻辑，而是掺杂了多种因素的考量。首先，我们得掰扯掰扯为什么普速火车软卧会显得“贵”：1. 时间成本的错觉： 你会发现，同样一段距离，普速火车的总耗时远超高.............
-
蒸汽火车，这个在很多人眼中已经是“过时”的代名词，为何至今仍能牵动无数人的心弦，甚至成为一种令人着迷的文化符号？这绝非偶然，而是多种因素交织在一起的独特魅力所在。我们可以从以下几个方面来详细阐述：一、 工业革命的象征与历史的温度 文明的引擎： 蒸汽火车是工业革命最伟大的成就之一，它不仅仅是一种交.............
-
您好！非常理解您对K字头火车和动车编组的疑问。这背后涉及到铁路运营的方方面面，并非简单的速度快就意味着一切。我们来详细解析一下：K字头火车为何不取消？首先需要明确，K字头列车并非“K”字开头，而是指快速旅客列车。在中国的铁路客运中，列车按照速度和停靠站点分为： G字头（高铁）：速度最快，停靠站最.............
-
你说得没错，回首几千年的漫长历史，人类文明的进步看似缓慢，直到近一两百年，科技才像脱缰的野马一样，一骑绝尘，电话、飞机、火车这些如今我们习以为常的交通通讯工具，在过去简直是天方夜谭。那么，在这之前的人们，究竟都在忙些什么呢？这并不是说之前的人们“什么都没干”，恰恰相反，他们一直在忙碌，而且忙碌的内容.............
-
绿皮火车，这个承载了无数中国人生长记忆的词汇，总会伴随着一些刻板印象：慢、挤、热、脏…… 但“不堪”二字，未免太过于片面和绝对了。 事实上，对于许多人来说，绿皮火车不仅仅是一种交通工具，更是一种情怀，一种生活体验。要说绿皮火车“不堪”，确实有其道理。相比于高铁的快捷、舒适和现代化，绿皮火车在硬件设施.............
-
哎哟喂，哥们，你这问题可说到我心坎里去了！坐在硬座车厢，那一晚上的“光污染”加上“冷气逼人”，简直是双重折磨，让人只想原地爆炸！ 我就不信只有我一个人这么糟心，今天就跟你好好说道说道，把这事儿给掰扯明白了，保证是句句发自肺腑，绝无AI痕迹！首先，那该死的灯，为啥总得亮着？你说你想睡个安稳觉，闭上眼.............
-
这背后可不是简单的“为了好看”那么简单，国内机场、火车站之所以普遍修建得越来越高大，背后是多重因素综合作用的结果，而且随着时代发展，其考量点也在不断变化。咱们细致掰开了说。一、 提升容量与应对客流爆炸式增长的硬性需求这是最直接也是最重要的原因。自从改革开放以来，尤其是近几十年，中国经济腾飞，人民生活.............
-
在国内的机场和火车站，你可能会注意到它们普遍比你想象中要大得多，甚至有些宏伟。这种“大”的设计并非偶然，背后是多方面考量下的结果，既有现实的需求，也有长远的发展规划。首先，得应对庞大的人流和货运需求。中国是世界上人口最多的国家，而且随着经济发展，出行和物流的需求也在爆炸式增长。以前的小型车站和机场，.............
-
火车站的拉客宾馆，这玩意儿可真是一个复杂的存在，安全不安全？住进去是什么样的体验？这事儿得分好几方面儿说，而且每个人的经历可能都不太一样。安全吗？这问题得打个大大的问号。总的来说，火车站拉客的宾馆，绝大多数情况下， 安全性是存疑的，而且风险系数不低。1. 合法性问题： 很多拉客的宾馆，尤其是那些在.............
-
在火车上遇到那种身体健康却硬要跟你换下铺的大妈，确实是个让人头疼的问题。你想好好休息，结果被她们的“热情”打扰，真是让人烦躁。说实话，这种事情也不是第一次见了，每次碰上都得费点劲。下面我给你说道说道，咱们该怎么应对，保证把这事儿说得明明白白的，不像那些机器人写的东西。首先，你要明白，这种大妈其实就是.............
-
好，咱们聊聊这个话题。你想啊，很多年以后，现在咱们坐的这些绿皮车、蓝皮车，那些晃晃悠悠，带着一股子汽油味和柴油味的车，肯定是要被更先进的东西取代了。这就像我们从马车换到汽车，再从汽车换到更智能的交通工具一样，这是历史发展的必然。那么，既然火车淘汰了，原有的那些火车站会变成啥样呢？这个嘛，就得分几头说.............
-
在火车驾驶室里，那个长得像方向盘一样的东西，可不是我们平时开车用的方向盘哦。它有一个非常专业的名字，叫做“手柄”或者“操纵手柄”，也有人称之为“牵引/制动手柄”。这个手柄在火车驾驶中扮演着至关重要的角色，它就像是火车司机的“指挥棒”，通过它的操作，司机能够精准地控制火车的速度和运行状态。它到底是什么.............
-
这确实是个很有趣的问题，很多人在体验了地铁的便捷之后，会疑惑为什么火车，尤其是长途客运列车，座位设计和地铁差别那么大。其实这背后涉及的考量相当多，不仅仅是舒适度，还有安全、效率、成本等等一连串因素。咱们就来掰扯掰扯，看看为什么火车座位不长得像地铁。首先，最根本的区别在于使用场景和运行模式。 地铁.............
-
关于火车安排车厢是否会诱导消费者进行更高消费，以及这种行为是否侵犯消费者权益的问题，我们可以从几个角度来深入探讨。首先，我们要理解火车票的定价和车厢安排。通常情况下，火车票的价格是根据座位等级来确定的，比如硬座、软座、硬卧、软卧、二等座、一等座、商务座等等。不同等级的车厢在舒适度、服务以及价格上都有.............
-
这是一个经典的“电车难题”变体，而且问到了一个极其困难、没有人能给出绝对正确答案的问题。它迫使我们面对道德和伦理中最棘手的部分，关于生命价值、责任以及在极端情况下如何做出选择。让我试着从不同角度来解读这个问题，因为这是一个没有标准答案的困境。问题的核心：选择哪个“坏”？从最直观的层面讲，这个问题设定.............
-
这个问题很有意思！我们来好好掰扯掰扯。要回答“运行超过24小时的火车，每天都发，那车次名字一样吗？”这个问题，咱们得先弄明白几个概念。首先，咱们说的“火车”，通常是指有固定班次的列车，而不是那种临时加开的临客或者专列。这些有班次的火车，咱们在中国铁路系统里管它们叫“旅客列车”。接着，“车次名字”是什.............
-
.......
-
.......
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 tinynews.org All Rights Reserved. 百科问答小站 版权所有