兩節火車車廂靠什么連接在一起？

當你站在站臺上望向一列停靠的火車時，也許會注意到一個有趣的細節：兩節車廂之間并不是嚴絲合縫地咬在一起，而是靠著一對看似簡單的掛鉤相連。它們之間留著不小的縫隙，連接點還會隨著車廂的輕微晃動而上下跳動，遠不像我們想象中那樣緊緊固定。

火車晃動的車鉤（圖片來源：[1]）

可就是這樣一個看起來“晃悠悠”的結構，卻能在數千噸重的列車加速、制動、甚至顛簸行駛時牢牢鎖住，不讓車廂分毫脫節。今天，我們就來見識一下這個神奇的掛鉤——詹式車鉤，它到底有多可靠？又憑什么能讓長長的列車連成一體、穩穩跑遍山河？

詹式車鉤的起源

最早的火車車廂連接方式，說起來幾乎讓人不敢相信——就是一條普普通通的鐵鏈。工作人員需要站在兩節車廂的夾縫間，用力把鐵鏈勾住，再用銷子固定。聽起來簡單，但操作起來又累又危險，而且這種連接方式并不結實。列車往上爬坡時，鐵鏈要承受巨大的拉力，一不小心就可能被扯斷；列車往下走坡時，車廂之間又會因為慣性猛地撞在一起。于是，在鐵路剛誕生的那些年，斷鏈、碰撞幾乎成了鐵路事故的常見詞，工程師們苦不堪言。

早期車廂通過普通鐵鏈連接（圖片來源：pixabay）

就在大家為車鉤問題頭疼之際，一位名叫伊利·漢爾頓·詹內（Eli H. Janney）的美國鐵路工程師站了出來。他長期參與鐵路工作，對當時連接方式的缺點看得一清二楚，于是暗下決心：一定要設計一種既安全又省力的連接裝置，讓火車不再靠鐵鏈硬撐過日子。

扣住的車鉤就像互相扣住的雙手（圖片來源：網絡）

俗話說，靈感往往來自生活。傳說某一天，詹內在街頭看到一群孩子玩“拉鉤上吊一百年不許變”的游戲，小朋友們手鉤著手，環環相扣，非常牢靠。詹內看得入迷，突然靈光一閃：如果車廂也能像孩子們的手那樣互相扣住，是不是就能實現又快又穩的連接呢？這一幕，就成了現代自動掛鉤誕生的起點。

Janney 設計的車鉤頂部視圖圖示，摘自其1873年的專利申請文件（圖片來源：wikipedia）

終于，在反復實驗后，一種能夠自動咬合、自動鎖緊、穩固可靠的連接裝置誕生了——這就是后來被廣泛應用于世界各地的自動車鉤。為了紀念他的發明，人們將這種車鉤命名為“詹式掛鉤”。

詹式車鉤的結構與工作原理

乍一看，詹式車鉤似乎沒啥特別之處。整個車鉤大體由鉤頭、鉤身和鉤尾三部分組成，而在看不見的鉤頭內部，還隱藏著一系列關鍵零件，包括鉤舌、鉤舌銷、鎖提銷、鎖舌推鐵以及鉤鎖鐵等結構。這些組件共同構成了車鉤的“機關”，讓它在碰撞的一瞬間能夠自動完成“握手”“落鎖”等環節，牢牢將兩節車廂咬在一起。

詹式車鉤在碰撞的一瞬間自動完成“握手”“落鎖”等環節（圖片來源：[2]）

車鉤本體通常由高強度合金鋼鑄造，前端呈特有的“半拳頭”形狀。當兩節車廂緩緩接近時，兩只“鐵拳”會從斜面互相擠壓，這種擠壓力會推動內部的鉤舌暫時被頂開，相當于兩位即將握手的人先伸開手掌。當兩個鉤體完全對正后，內部的彈性組件—比如彈簧或杠桿機構會立即反彈，將鉤舌扣回原位。同時，鎖提銷在重力和結構導向的作用下自然落下，將鉤舌牢牢鎖住。這一套動作完全自動完成，不需要人工干預，也幾乎不會出錯。這就是詹式自動掛鉤能在列車編組中能實現碰撞即連接的原因。

為什么詹式車鉤如此重要？

而車鉤的工作遠不止“連住”這么簡單。“握手”之后，車鉤還要承受列車運行中不斷變化的力量。列車啟動時的拉力波動、制動時的壓縮沖擊、以及調車作業中頻繁的輕微碰撞，都必須由車鉤來消化。因此車鉤的后部——“鉤尾”通常與牽引梁和一整套緩沖裝置相連。早期鐵路多使用彈簧、橡膠墊等機械彈性元件，而現代鐵路貨車則更多采用摩擦阻尼器或液壓緩沖器，能更有效地吸收沖擊，使車廂之間不會出現劇烈的硬碰硬，大幅減少對車輛結構和貨物的損傷。

詹式車鉤的脫鉤過程（圖片來源：[3]）

當然，車鉤不僅要能自動扣住，也必須能在需要時順利分離。脫鉤的操作同樣依靠內部結構的配合：工作人員只需提起鎖提銷，鉤舌便會被推鐵機構撐開，鎖閉狀態隨之解除。此時只需稍微施加拉力，車鉤就能輕松旋開，像兩只完成任務的鐵手自然松開一樣，將車廂平穩分離。

對于普通乘客來說，車鉤可能是列車上最不起眼的部件，甚至在站臺上都不會主動去注意它。但正是這個堅固的鋼鐵構件，將一節節車廂牢牢連接，讓長長的列車能夠安全送達每一份貨物與每一位旅客。詹式車鉤不僅是工程技術的產物，也是鐵路發展歷史中的重要見證。從早期鐵路的起步，到今日跨越萬里的運輸網絡，它始終以可靠的姿態承擔著繁重而關鍵的任務。

參考文獻

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/PbhkKXPmjAljbCNt5mOKHQ

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/rpBdBp1i9-bHnh_N4iqgSw

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/ATzWpuH3ICbdLaYsOrnbHQ

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Eli_H._Janney

來源：力學科普

編輯：晨曙

轉載內容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

如需轉載請聯系原公眾號