鉄道の安全を支えるレールと車輪の仕組み

鉄道のレールがなぜ奇妙な形をしているのか、疑問に思ったことはありませんか？その理由は、鉄道の運行を安全かつ効率的にするために、巧妙なデザインが施されているからです。

まず、車輪のフランジに注目しましょう。フランジとは、車輪の内側に取り付けられている突起部分で、車両が軌道上を正確に走行するためのガイド役を果たします。もしフランジが外側にあると、急カーブで車輪が浮き上がり脱線する危険性がありますが、内側にフランジを付けることでこの問題を解決しています。

フランジがレールにこすれるときに発生する摩擦も重要な要素です。カーブで「きしみ音」を聞いたことがあるかもしれませんが、これはフランジがレールに接触する音です。

鉄道車輪は単なる円形ではなく、実は円錐形になっています。この設計により、カーブを通過する際に車輪の内側と外側で異なる直径を持つことで、スムーズに曲がることができます。カーブの外側の車輪はフランジ近くでレールと接し、内側の車輪よりも直径が大きくなり、自然に中心へ戻る傾向があるため、電車がカーブを曲がる際に脱線しにくくなります。

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レール自体も進化を遂げてきました。現代のレールは、Iビームのような形状をしており、鋼構造が軸荷重に耐えるために設計されています。レールの下部には「フット」と呼ばれる部分があり、木製やコンクリート製の枕木にかかる力を分散させる役割を果たしています。また、レールの「ウェブ」部分は線路上に落ちている破片から高さを保って列車を守る役割を持っています。

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レールのヘッドにはかなりの力がかかるため、摩耗が避けられません。特に、ホイールが摩耗すると、レールに対して垂直な面ができ、脱線の原因にもなります。この摩耗を軽減するため、硬化した素材が使用され、耐久性を向上させています。摩耗したレールは本線から外され、側線やヤードで再利用されることが一般的です。

このように、鉄道のレールと車輪の設計は、安全性と効率性を両立させるための工夫が凝らされています。次に鉄道に乗るとき、レールや車輪のデザインに思いを馳せてみるのも面白いかもしれません。