轨道下方这些石头的作用其实有两个方面,
一个是为了安全,另一个是为了不让轨道变形,起到缓冲作用。成本也是一个因素。关键是固基作用好 。
1、将火车的载荷均匀地分散到路基上。
这些小石头并不是原来就出现在铁轨下面的,而是人为铺在下面的,也就是说人们在修铁路的时候就会在预选好的道路上铺上一层小石头。这场小石头的专业名词就叫做道砟,接着还会在道砟上面安装轨道枕木,最后才在轨道枕木上安装铁轨。
我们都知道安装铁轨之后,就要在铁轨上面行驶火车。而火车的车厢一般都是比较重的,每一节车厢一般都能达到70吨左右,这还是只是空车厢的重量,要是满载货物又或者是载满乘客,每一节车厢的重量还会重很多,重量还有可能会成倍增加。每列长途火车通常都有16节车厢,它们的总重量就可以达到2000吨左右,铁轨需要承受的重量就非常大了。
而火车是在铁轨上行驶的,每一节火车车厢都是由钢制的车轮与铁轨接触,列车的压力就会直接施在铁轨上,而铁轨上的压力又会传到枕木上,枕木上的压力又会传到道砟上,道砟上的压力最后又传到路基上。
但每一个路段的地质有可能都是不同的,所以这些路基的承重能力也不尽相同,只要火车经常开在铁轨上,时间久了就有可能会导致一些比较松软的路段地基下降。这对于铁路来说就是一个非常严重的问题,所以道砟上的小石头就可以起到将这些火车的载荷均匀地分布在路基上。
2、防止铁轨产生较大的位移。
铁轨会产生位移,这种说法可能会有一些人不敢相信,但事实上是真实存在的,只不过这种位移非常小,使用肉眼根本就看不出来。那么这种位移又是由什么原因产生的呢?
火车开在铁轨上,所以火车是没有必要设置方向盘的,只要设置好铁轨的走向,火车就会按照铁轨的方向来行驶。但一条铁轨很有可能就会达到上千公里,它们是不可能完全的摆设在路基上的,肯定会为了躲避一些障碍物又或者照顾某个城市的发展,通常就会在某一个局部路段设计成弯曲的样子。
火车在铁轨上面转弯之后,按照经典力学的理论,火车在转弯的时候就需要提供向心力,而这种向心力主要就是由铁轨提供的,当然也有反作用力,这就使得转弯路段的铁轨会受到比较大的向外移动的力。
这么长的铁轨,一旦出现了位移,想要恢复就比较困难了,而且出现的位移比较大了,很可能就会使上面行驶的火车脱轨,就会酿成比较严重的事故。所以火车铁轨在设计的时候就考虑到了这种因素,可以利用枕木横放在铁轨的下面,并且两根铁轨的距离都是固定的。
就算铁轨受到了反作用力的作用,它们也会将这种力传递到枕木上,而枕木是有这些小石头严严实实地包裹在一起的,所以这些枕木所受到的反作用力又会作用于道砟上,从而将局部路段弯曲铁轨的反作用力分散到其他的地方去。所以从整体上来看,这些反作用力对铁轨的影响也是比较小的。但由于钢制车轮是与铁轨直接产生接触的,弯曲路段铁轨直接所受到的车轮反作用力是比较大的,所以也会对这一路段的铁轨造成比较大的磨损。
3、使路基更为牢固。
我们都知道车辆要想从地面上行驶,就需要车辆能提供动力;但从力学分析的因素来说,车辆向前运动,是由地面的摩擦力推动的。所以此时地面所受到车辆施加的压力,通常都要比车辆的重量还要大(这里还没有考虑地球的自转以及车辆所在的纬度位置),尤其是在车辆突然加速的时候,地面所受到的压力也会突然变大。
这主要就是由车辆的重力以及它们前进时所受到的摩擦力合成的力,所以通常都要比重力大。就算是在火车铁轨上,这种分析仍然是有效的,也就是说火车在行驶的时候一般铁轨所受到的压力通常都要比火车的动力大一些,如果是出现突然加速的情况,这种压力将会变得更大。
所以道砟上的小石头还是可以起到分散作用力的作用,但这一项所起到的效果又非常大。因为在这种情况下,铁路还可以承受住火车的高速行驶,又或者是突然加速等等情况,也就是说这些小石头起到了火车行驶过程中比较稳定的作用,又或者是起到了减震的作用。
这样乘客坐在火车上,一般都要比就在小汽车上舒适一些,旅途不会出现太过于颠簸的状况,基本上也不会使乘客出现晕车的现象,所以有一些老人比较喜欢坐火车远行,主要就是由于火车铁轨设计得实在是太好了。
4、有利于排水除臭。
坐过火车的人都知道,火车上的厕所是直接将排泄物排到铁轨上的,如果铁轨上的排泄物长时间得不到清理,就会就会使整条道路发臭;但如果利用人力来清理,达到几千公里的铁轨,光是这样清理就不知道要花多少人力成本了,还不如直接将这些排泄物收集在火车上,等到站的时候再一起处理呢。
而路基上铺了一层小石头,它们中间还是有很多空隙的,一旦到了下雨的时候,雨水就会将铁轨上的排泄物给冲刷走,处理事情就是这么简单。而且这些小石头有这么多的空隙,太容易就能将雨水给排走,小石头也将铁轨抬到离地面有一定的高度,所以也不用担心铁轨会积水。