解密你不知道的火车

火车，承载异地恋者无尽情怀的东西，看过日出，穿过高山，跨过大江，各色人物在此相遇离别，匆匆上车，开心交流分享，却在下一站说再见；火车站，各种人生上演，人生重逢，相拥喜悦，激动落泪，相互寒暄；亲人离别，叮咛嘱咐，相互拥抱，默默目送；情侣多日不见相拥亲吻，幸福快乐，离别依依不舍，撒娇委屈，一定要等到最后一分钟再上车。承载太多太多人生，让我对这样一件发明充满好奇，今天我就把之前脑子里冒出的一些问题整理一下答案分享给大家，几部分内容来自于网友及朋友圈，感谢大家的积极回答。

1、软硬卧的区别？

软卧有门，硬卧没有，软卧两层四个人，硬卧三层六个人，软卧比硬卧贵。

2、火车上的水是哪里来的？排泄物是如何处理的？

火车上的水是列车在停站时一些车站的加水口加的水，水质和加水车站当地的自来水基本一致。

是将大小便直接排放到路基上，我们为什么看不到哪些排泄物，因为在列车高速行驶产生的急速气流压力作用下，不管是便便还是卫生纸，都被强力分解抛散到铁路两边的路基上，甚至被分解成及其细微的气雾状颗粒，弥散在空气中，与大自然融为一体。但是当火车快要进站速度变慢后，列车员就会把厕所锁起来禁止使用，因为此时行驶产生的气流压力已经抵不过重力，排泄物直接落入轨道，站台就臭气熏天变成大型化粪池了。这种“直排式”厕所的缺点是显而易见的，污染环境不说，还有可能成为疾病传染源，对铁路养护人员及附近居民的健康造成影响。所以一种更先进的“集便式”厕所很早就在日本、美国和欧洲一些国家开始研发和使用。简单来说，“集便式”厕所就是利用巨大的真空吸力，将粪便和气味抽吸进车厢底部的“粪箱”中。车到终点，再由卸污系统抽送运走。我国大约是从2000年以后开始逐步对列车上的厕所进行改造，目前所有的动车组、高铁，大部分Z字头列车（直达列车）采用的25T型列车，少部分25G型列车（俗称“红皮车”），已经运行在环境保护要求高的沿线列车（如青藏铁路）均使用真空集便器，实现了非直排。但是由于“真空集便式”厕所里经常会被旅客扔进杂物，堵塞抽便器，因此铁路部门还诞生了一个新的工种：“集便专修工”。

3、火车上面看起来像电线样的东西是干嘛用的？

是给火车供电的电线，铁路行语接触网，电压为2.75万伏，只有电力机车才能用上，在电力机车顶上有两个受电弓(机车上部可升降的架子)

（看起来很酷的样子哦）

一般只用运行方向靠后面的一个（火车车厢是没有这个接触设备的）。

（有电我阿三还能活？威武！）

电力机车把这个电引入机车后利用劈相机把它分成三相电这样电力机车内的三项电动机才能工作、牵引。它的零线就是轨道，通过火车轮子传递给到电动机。 还有一点就是在电气化铁路沿线有好多的供电站，每一个供电站负责一段铁路的电力，在两个供电站供电交接的地方，接触网就要采取断路的方法，把两段不同电站的电断开，这就是在电气化铁路旁每隔一段看见的断合牌子，断表示即将进入另一供电区段，要求机车断电，合就表示已经进入了另一个供电区段，机车可以合闸了。这里也就可以解释“火车上的电力系统如何实现”这个问题了。

4、火车铁轨看起来很光滑，为什么有这么大的摩擦力？

火车的车轮与铁轨之间的摩擦是静摩擦，因为火车要前进就一定要有让它向前的动力，而除了车轨外没有什么可以给它了！所以他们之间的摩擦力一定是静摩擦（在所有的摩擦中只有静摩擦可以是动力），就跟我们骑自行车一个意思，这个在初中物理中好像有提到。

根据牛顿第二定律F=u*N；轮轨之间的摩擦系数u并不算大，只是因为火车重力特别大，N特别大，所以看起来f就很大了。即使如此，在启动加速的阶段，这点摩擦力用于加速仍然是很费劲的，所以谁也没经历过在火车上有强烈的"推背感"。（网友：我亲眼见过好几回机车车轮在铁轨上打滑打得火花四溅的场景呢～还有以前蒸汽机车时代，火车要爬稍微大一点的坡度路段的时候，会在机车一个特殊的沙箱里面装沙子，在路上一路撒下来，用以增加轮轨之间的摩擦力哟～）

5、火车是如何驱动的？

现代的火车动力基本有两种，一是内燃机车,另一种是电力机车，蒸汽机车基本全部淘汰了。

内燃机车：内燃机车（diesel locomotive）以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车上内燃机的种类，可分为柴油机车和燃气轮机车。由于燃气轮机车的效率低于柴油机车以及耐高温材料成本高、噪声大等原因，所以其发展落后于柴油机车。在中国，内燃机车的概念习惯上指的是柴油机。 分类 按用途可分客运、货运、调车内燃机车。接走行部形式分为车架式和转向架式内燃车。 按传动方式分为机械传动、液力传动、电力传动内燃机车。现代机车多采用电力和液力传动。电力传动又可分为直流电力传动和交—直流电力传动和交—直—交电力传动内燃机车。
工作原理 燃料在汽缸内燃烧，所产生的高温高压气体在汽缸内膨胀，推动活塞往复运动，连杆带动曲轴旋转对外做功，燃料的热能转化为机械功。柴油机发出的动力传输给传动装置，通过对柴油机、传动装置的控制和调节，将适应机车运行工况的输出转速和转矩送到每个车轴齿轮箱驱动动轮，动轮产生的轮周牵引力传递到车架，由车架端部的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。

电力机车：电力机车构造相对简单,里面就是大的变压器,靠机车的受电弓把接触网的电引到机车内,通过变压器变压再提供给牵引电机,一般是交流传动的.电力机车的电是来自于发电厂,如果你见过电气化铁路就会明白了,在铁路上空架设着电力接触网,上面一般都是25KV或者27.5KV的高压直流电,这些电来自于变电所,变电所的电还是来自于发电厂.电力机车上面有有个受电弓,呵呵就是您所谓的电刷,就是靠它把高压电引到机车内,所以说只要接触网有电机车就可以行驶。

6、火车是如何换轨的？

很久以前是这样的

要解释这个问题，先要铺垫一下，说一些基本知识

1. 火车车轮与钢轨的关系几乎所有人都知道火车车轮是压在钢轨上面的，但是可能很多人没有仔细看过火车轮与钢轨的位置关系。图1.

可以看出，火车的车轮确实是压在钢轨上的，用来传递火车的重力。但是还有一个地方要注意，图中红色部分，就是火车车轮内侧有一圈比车轮半径更大的圆盘，这个东西叫做“轮缘”（用锤子敲一下，会发出像敲锣一样清脆的声响……）。这薄薄的一层东西，让车轮与不仅是压在轨道上，更像“卡”在轨道里面一样。这个结构，就可以保证车轮始终在轨道上运行不出轨，用来控制火车运行的方向。

2. 道岔的原理轮缘是用来控制火车运行方向的，那么要实现“变轨”，其实就是要控制轮缘的位置。于是人们就发明了“道岔”这种东西，以控制轮缘位置的方式，实现变轨。图2. 道岔示意图

第一个道岔示意图有一个会动的部分。当那个部分留有小细缝的时候，轮缘就可以从小细缝中穿过，按照外侧轨道引导的方向行进。当两根轨道密贴时，轮缘就被引导到靠内侧的轨道方向行进。图上红色的尖轨部分靠右密贴时，开放A——B方向。靠左密贴时，开放A——C方向。所以火车运行的方向，取决于道岔的开放方向。说到这里，我们可以知道，火车在道岔处的运行方向，根本就不是司机控制的，而是靠地面控制道岔的开向来控制方向的的……所以司机是不用管火车运行方向，也不用去变轨什么的，只要老老实实把火车往前开就行了。但是一般列车在进站前，或者在车站里面进行调车作业的时候，司机还是需要了解进路的情况，知道自己将要经过什么道岔、进入哪条股道、道岔开放的是哪个方向。一来为了确认道岔是不是扳对位置了，而来要控制速度。一般来说侧向因为有曲线，通过速度要比正向慢。3.
如何保证道岔的开放不出错理论上，只要把道岔的位置扳对了，火车进入正确的股道或者通过车站是没有问题的。但是，由于人工操作实在是没有办法保证每次都扳对，即便是采用机械的方法，也不能保证其不出故障。道岔一旦没有扳倒位，那么火车经过道岔的时候，很容易发生脱轨事故。而道岔扳错方向了，就意味着火车可能进入到错误的股道里面。而错入的那条股道上，有可能有别的列车停放，也有可能同时正在接迎面开来的火车，也有可能有正在施工的工人（忽然想起哈佛公开课那个选择撞1人还是撞n人例子，业内人士表示司机是很无辜的……），因此要千方百计地保证火车不能入错道。于是铁路人就发明了“联锁”这种东西。“联锁”，就是保证进路、道岔位置、信号三者的相互制约关系的机制。就比如说，一列车要从下行方向接入，在车站的1道停车，那么信号员就会在联锁系统里面下达排列进入1道进路的指令，然后跟这个指令相关的道岔就开始转换，将所有相关的道岔都转换到开放至通向1道的方向，系统会自动检测道岔是不是都扳到位了，如果道岔全部扳到位，那么系统将开放防护这条进路的信号，示意列车可以进入。同时，封锁与这条进路有冲突的其他进路。总之，在联锁规则的约束之下，可以保证火车在车站里面所经过的进路，在同一时间是不冲突的，是可以避免列车相撞的。

图3. 微机联锁界面

在不久之前，各个车站普遍使用的是6502型继电联锁，用继电器来实现约束关系。现在经过技术改造后，各个车站陆续采用微机联锁系统，使用计算机来实现联锁的约束关系。虽然如此，各个车站依然各自为政，可以自行控制本站的进路。下一步，铁路的调度系统将发展为CTC调度集中，所有车站的进路、道岔和信号都由调度指挥中心直接控制，自动排列。