To pytanie jest świetne i dotyka samej esencji inżynierii kolejowej! Na pierwszy rzut oka wydaje się, że więcej kół to większa stabilność i lepsze rozłożenie ciężaru, ale w świecie pociągów, gdzie liczy się każdy milimetr i każdy stopień łuku toru, prosta matematyka ustępuje skomplikowanej fizyce.

Krótka odpowiedź brzmi: dwie osie w wózku to najlepszy kompromis między stabilnością, możliwością pokonywania zakrętów, zużyciem torów i kosztami utrzymania.

Oto rozbudowane wyjaśnienie, dlaczego pociągi (a dokładniej ich wózki jezdne) najczęściej mają układ dwuosiowy, a trzecia oś na środku to zazwyczaj więcej problemów niż korzyści.

Serce pociągu: Wózek jezdny

Zacznijmy od podstaw. Wagony i lokomotywy nie mają kół zamontowanych bezpośrednio do ramy. Zamiast tego, są one osadzone na specjalnych podzespołach zwanych wózkami jezdnymi (ang. bogie). Wózek to w zasadzie mała rama z zestawami kołowymi, która jest zamontowana pod nadwoziem w sposób umożliwiający jej obrót.

To właśnie możliwość obrotu wózka względem nadwozia jest kluczowa. Gdyby cały wagon miał sztywno zamontowane osie, nie byłby w stanie pokonać nawet najłagodniejszego łuku toru bez ogromnych oporów i ryzyka wykolejenia.

Większość wagonów pasażerskich i towarowych oraz wiele lokomotyw (np. popularny układ osi Bo'Bo', czyli dwie osie napędne w każdym z dwóch wózków) korzysta z wózków dwuosiowych.

Dlaczego trzecia oś to kłopot na zakrętach?

Kluczowym pojęciem jest tutaj sztywna baza kół (lub rozstaw osi w wózku). Jest to odległość między skrajnymi osiami w danym wózku.

1. Trudności w pokonywaniu łuków: Wózek trójosiowy ma znacznie dłuższą sztywną bazę kół niż wózek dwuosiowy. Kiedy pociąg wjeżdża w zakręt, zestawy kołowe muszą się "wpasować" w łuk.
   • W wózku dwuosiowym jest to stosunkowo proste.
   • W wózku trójosiowym, długa sztywna rama powoduje, że środkowe koło (a czasem i skrajne) jest mocno dociskane do bocznej ściany szyny. Koła nie mogą się swobodnie obracać, co prowadzi do poślizgu i tarcia.
2. Zwiększone zużycie: To tarcie oznacza dramatyczny wzrost zużycia zarówno kół, jak i samych szyn. W dłuższej perspektywie generuje to ogromne koszty eksploatacyjne i wymaga częstszych przeglądów oraz wymiany elementów.
3. Opory ruchu: Wzrost tarcia to także wzrost oporów ruchu. Pociąg z wózkami trójosiowymi zużywa więcej energii na pokonanie tego samego łuku, co przekłada się na wyższe koszty paliwa lub energii elektrycznej.
4. Ryzyko wykolejenia: Chociaż nowoczesne wózki trójosiowe mają mechanizmy (np. przesuwne osie lub specjalne zawieszenia), które próbują zniwelować ten problem, fundamentalna zasada pozostaje: im dłuższa sztywna baza kół, tym większe siły boczne działają na koła, co zwiększa ryzyko wykolejenia, zwłaszcza przy wyższych prędkościach.

Dla pociągów pasażerskich, które muszą jeździć szybko i komfortowo, minimalizowanie tarcia i zapewnienie płynnego pokonywania zakrętów jest priorytetem, dlatego praktycznie zawsze stosuje się w nich wózki dwuosiowe.

Kiedy stosuje się więcej niż dwie osie?

Układy trójosiowe (lub nawet czteroosiowe) nie zniknęły całkowicie, ale mają bardzo specyficzne zastosowania, w których ich wady są akceptowalne w zamian za inną, kluczową korzyść.

1. Rozłożenie ciężaru (nacisk na oś)

Każda linia kolejowa ma określony maksymalny dopuszczalny nacisk na oś. Jest to limit, który chroni tory i mosty przed zniszczeniem.

• Lokomotywy towarowe: Lokomotywy są bardzo ciężkie, ponieważ muszą generować ogromną siłę pociągową. Aby nie przekroczyć dopuszczalnego nacisku na oś (np. 22,5 tony), ich masa musi być rozłożona na większą liczbę kół. Dlatego ciężkie lokomotywy towarowe często mają wózki trójosiowe (układ osi Co'Co', czyli trzy osie napędne w każdym z dwóch wózków).
• Wagony specjalistyczne: Wagony do przewozu wyjątkowo ciężkich ładunków (np. transformatorów, turbin) również muszą rozłożyć ten ciężar na wiele osi, aby nie uszkodzić infrastruktury.

2. Siła pociągowa (trakcja)

W lokomotywach, im więcej osi jest napędzanych, tym większa jest siła pociągowa (trakcyjna), jaką lokomotywa może wygenerować, zanim koła zaczną się ślizgać. Wózek trójosiowy napędowy (3 osie) zapewnia większą przyczepność niż dwuosiowy (2 osie), co jest kluczowe przy ruszaniu i ciągnięciu bardzo długich i ciężkich składów towarowych.

Podsumowanie: Dwie osie wygrywają

W codziennym ruchu kolejowym (pasażerskim i większości towarowego) to wózek dwuosiowy jest królem, ponieważ zapewnia:

• Lepsze pokonywanie łuków: Krótka sztywna baza kół minimalizuje tarcie i zużycie.
• Mniejsze opory toczenia: Oszczędność energii i mniejsze zużycie infrastruktury.
• Prostszą konstrukcję: Niższe koszty produkcji i łatwiejszą, tańszą konserwację.

Trzy osie to rozwiązanie niszowe, zarezerwowane dla maszyn, które muszą być ekstremalnie ciężkie lub dysponować kolosalną siłą pociągową, a ich prędkość i komfort jazdy na łukach są drugorzędne.