火车是如何换轨的？
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。
从上图可以看出，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。
道岔实现“变轨”
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。
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……
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，二来要控制速度。一般来说侧向因为有曲线，通过速度要比正向慢。
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。
“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。
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。