Dlaczego jesienią liście na torach spowalniają pociągi

Na lekcji o tarciu robię z pierwszą klasą proste doświadczenie. Równia pochyła z blachy, na niej stalowy klocek. Podnosimy deskę, aż klocek ruszy, i zapisujemy kąt. Potem kładę na blachę mokry liść klonu z boiska, przyciskam klockiem kilka razy i powtarzamy. Tym razem klocek rusza przy dużo mniejszym kącie. Uczniowie się dziwią, a ja im mówię, że to samo dzieje się w październiku na torach, tylko klocek waży kilkadziesiąt ton.

Wydawałoby się, że pociąg pogodą się nie przejmuje. Jeździ po stali, ma ogromną masę i hamulce na każdej osi. Tymczasem stal na stali jest bardzo wrażliwa na wszystko, co się między nie dostanie.

Z czego się składa

1. Koło - stalowa obręcz z lekko stożkową powierzchnią toczną i obrzeżem od wewnątrz.
2. Szyna - z wypukłą główką, po której toczy się koło.
3. Styk koła z szyną - miejsce wielkości mniej więcej monety, przez które idzie cała siła.
4. Hamulce - klocki albo tarcze, a w wielu pojazdach także hamowanie silnikami.
5. Piasecznice - zbiorniki z suchym piaskiem i dysze, które dmuchają piasek pod koło.
6. Układ przeciwpoślizgowy - czujniki obrotów osi i zawory, które luzują hamulec ślizgającego się koła.

Z liścia robi się śliska skorupa

Liść spada na wilgotną szynę i się do niej przykleja. Przejeżdżający pociąg miażdży go pod ogromnym naciskiem, wyciska z niego sok i wprasowuje resztę w stal, a następne koło dokłada kolejną warstwę. Po kilku przejazdach na główce szyny powstaje twarda, ciemna, gładka powłoka, która wygląda jak przypalony lakier. Służby kolejowe w różnych krajach porównują ją do gołoledzi na drodze.

Najgorzej jest rano, kiedy rosa albo mżawka nawilża tę warstwę i robi z niej smar. W suchy dzień przyczepność też spada, ale mniej. Na takiej szynie pociąg ma dwa kłopoty. Przy ruszaniu koła buksują, czyli kręcą się w miejscu, i pociąg wolniej się rozpędza. Przy hamowaniu koła chcą się zablokować i ślizgać.

Zablokowane koło szkodzi podwójnie. Po pierwsze wydłuża się droga hamowania, bo koło w poślizgu hamuje słabiej niż koło toczące się na granicy przyczepności. Po drugie stalowe koło, które sunie po szynie, ściera się w jednym miejscu i robi się na nim płaskie miejsce. Potem stuka przy każdym obrocie i trzeba je przetoczyć na tokarce podtorowej.

Tak mało wystarcza, bo styk koła z szyną jest malutki. Koło samochodu opiera się na jezdni plamą wielkości dłoni z gumy, która dopasowuje się do nierówności. Stalowe koło na stalowej szynie dotyka jej na powierzchni porównywalnej z monetą. Cała siła hamowania kilkudziesięciu ton musi przejść przez kilka takich monet. Cienka warstwa czegoś śliskiego i ten mały punkt przestaje trzymać.

Piasek, poślizg i ostrożny maszynista

Pierwszy ratunek pociąg wozi ze sobą. Piasecznice to zbiorniki z suchym, przesianym piaskiem, umieszczone przy kołach. Maszynista albo automatyka podaje sprężonym powietrzem piasek tuż przed koło, na styk z szyną. Ziarna piasku przebijają śliską warstwę i koło ma się czego złapać. Piasek w zbiorniku musi być suchy, bo wilgotny się zbryla i nie wylatuje z dyszy. Jesienią obsługa zajezdni pilnuje jego poziomu tak, jak zimą pilnuje się płynu do spryskiwaczy.

Drugi ratunek to układ przeciwpoślizgowy. Czujniki mierzą obroty każdej osi. Kiedy jedna oś zaczyna kręcić się wyraźnie wolniej niż reszta, czyli wpada w poślizg, zawór na chwilę luzuje jej hamulec, a gdy koło znów się toczy, hamulec znowu dociska. Działa to podobnie jak ABS w samochodzie, tylko na stali i przy dużo większej masie.

Pojazdy elektryczne mają jeszcze jedną przewagę: hamują też silnikami, które pracują wtedy jak prądnice. Takie hamowanie da się regulować bardzo płynnie i szybko, co przy słabej przyczepności pomaga utrzymać koło na granicy poślizgu. Mimo to cała siła i tak przechodzi przez ten sam mały styk ze stalą i żaden sterownik tego nie zmieni.

Trzeci ratunek to człowiek. Maszyniści znają odcinki, na których jesienią jest ślisko, i hamują wcześniej, łagodniej, z większym zapasem przed peronem. Dlatego jesienią pociąg czasem przyjeżdża minutę później, bo zaczyna hamować dalej od stacji.

Wycinka, mycie szyn i żel z piaskiem

Część roboty robi się przy torze. Kolej wycina drzewa i krzaki w pasie przy torach, żeby mniej liści spadało na szyny. Na odcinkach szczególnie zagrożonych w różnych krajach jeżdżą specjalne pojazdy, które myją szyny wodą pod wysokim ciśnieniem i nakładają na nie żel z piaskiem, poprawiający przyczepność. W niektórych miejscach montuje się też urządzenia przytorowe, które same nakładają taki środek na szynę.

To typowa praca utrzymania ruchu: nikt jej nie zauważa, dopóki wszystko działa, a wszyscy narzekają, kiedy coś nie działa. Mam do niej dużą sympatię, bo w zakładzie robiliśmy to samo z przenośnikami taśmowymi: jesienią i zimą bęben napędowy też tracił przyczepność do taśmy przez wilgoć i brud, i też ratowaliśmy się czyszczeniem.