從蒸汽機車到磁浮列車

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來源《中國鐵路網》

   火車是交通工具早期稱為蒸汽機車也叫列車主要成分是鋼鐵有獨立的軌道行使人們常用“咣礑咣礑門～～”來形容它的行使及汽笛的聲音！它最大的優(yōu)點就是一次可以拉好多的乘客和貨物
   最早使用燃煤蒸汽動力的
   燃煤蒸汽機車有一個很大的缺點，就是必須在鐵路沿線設置加媒、水的設施，還要在運營中耗用大量時間為機車添加煤和水。這些都很不經濟。在19世紀末，許多科學家轉向研究電力和燃煤蒸汽機車。 - 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。7 X7 C2 e! f% D6 L
   電力機車1879年，德國西門子電氣公司研制了第一臺電力機車，重約954公斤，只在一次柏林貿易展覽會上做了一次表演。1903年10月27日，西門子與通用電氣公司研制的第一臺實用電力機車投入使用。其時速達到200公里。地鐵族3 V4 O: K3 g/ [/ D( H9 q2 t
   燃油機車1894年，德國研制成功了第一臺汽油內燃機車。并將它應用于鐵路運輸，開創(chuàng)了內燃機車的新紀元。但這種機車燒汽油，耗費太高，不易推廣。
   1924年，德、美、法等國成功研制了柴油內燃機車，并在世界上得到廣泛使用。
   1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽輪機車，以柴油為燃料。且結構簡單、震動小、運行性能好，因而，在工業(yè)國家普遍采用。
   20世紀60年代以來，各國都大力發(fā)展高速列車，例如法國巴黎至里昂的高速列車，時速到達260公里；日本東京至大阪的高速列車時這也達到200公里以上。做最好的地鐵生活門戶論壇5 A9 v( u& Z; ^7 D! Y' a
   人們對這樣的高速列車仍不滿足。法國、日本等國率先開發(fā)了磁懸浮列車。我國也正在上海修建世界第一條商用磁懸浮列車線。這種列車懸浮于軌道之上，時速可達400－500公里。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運$ h/ a* _* d, S! W
火車和所有其他發(fā)明一樣，都是為了滿足社會需要而問世的。地鐵族% h. D" Z' d* i- E- H
   18世紀初，隨著社會生產力的發(fā)展，人們急需一種比馬車裝得多、跑得快的新型車輛。在這種情況下，英國人瓦特發(fā)明了蒸汽機。這種機器比馬的力氣可大多了，它一問世就引起了人們的注意。
   有些人就想將“大力士”蒸汽機裝在車上，代替人力或者畜力來使車輛前進。說來有趣，這種大膽設想首先在軍事上得到實現(xiàn)。當時，歐洲各國的軍隊為了滿足作戰(zhàn)需要，紛紛采用口徑和射程越來越大的大炮。由于炮的重量不斷增加，用人推馬拉的辦法很難保證大炮能及時跟隨部隊作戰(zhàn)。法國一位名叫居尼奧的炮兵軍官，針對這一問題就研制成用蒸汽機推動的“蒸汽汽車”來牽拉，從而開辟了以機器為動力的現(xiàn)代車輛蓬勃發(fā)展的道路，也為火車的誕生打下了基礎。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運8 P. [7 R4 _% W( C
   這種將蒸汽機裝在車子上的機械車是怎樣推動車輛行駛的呢？我們從它的外形上可以看到，蒸汽機有一個大鍋爐，裝在車架的前端。在鍋爐下面燒著煤火，用來將鍋爐里面的水加熱成蒸汽。由鍋爐上的一根管子將蒸汽引入車子前輪上方的汽缸里，蒸汽的力氣很大，便推著汽缸里的活塞向前移動，而活塞通過連桿和曲軸與前輪連在一起，于是隨著曲軸的轉動，車輪就跟著轉起來，從而使車子前進了。
   此后不久，這種冒著黑煙、喘著粗氣的車子先后在英國和德國出現(xiàn)了，如英國1804年制成的蒸汽機車。不過，它的模樣和先前不大一樣了：有的將鍋爐移到車子的中間，并罩上罩子，兩頭還裝上幾排座位；有的把鍋爐移到車后部，而在前面坐人的地方裝了一個車廂，等等。蒸汽車有點近代車的氣派了。
   與大多數(shù)新事物出現(xiàn)所受的遭遇一樣，在當時馬車占主要地位的歐洲各國，蒸汽車處處受到非難和排擠。地鐵族! |' h' e$ F4 q" O  [/ i$ R( h. O
   就說英國吧，那時各城市的郵政廳都使用大量的馬車來運送郵件。為了維護自身的利益，郵政廳便和大大小小的馬車主聯(lián)合起來共同對付新出世的蒸汽車，并要求政府對蒸汽車加以種種限制。后來，英國政府也站在馬車主一邊來反對蒸汽車，并規(guī)定了許多條條框框。例如，對蒸汽車下了這樣的命令：蒸汽車在行駛時，必須有手持小紅旗的人在車前55米處跑步前進，以招呼行人避讓；在有馬的地方，不許蒸汽車的鍋爐放氣；不許蒸汽車在街上鳴汽笛；蒸汽車在農村路上行駛，車的時速不得超過6千米，在城市不得超過3千米……這簡直比老牛車還慢呢！現(xiàn)在看起來確實令人發(fā)笑。
   后來，盡管人們對蒸汽車進行了改進，但是由于它有著先天不足的弱點，例如車上裝的那又大又重的蒸汽機，既要經常停下來添煤加水，操作很不方便，又大量排出濃煙和蒸汽，而且還占了車上很大地方，裝運不了多少貨物，所以人們逐漸對它失望起來。做最好的地鐵生活門戶論壇, X7 e5 U9 W- p6 }- ?
   就在人們?yōu)檎羝嚨那巴緭牡臅r候，有人就想到了16世紀中期在礦山上用木頭做軌道，以人力和畜力拉動的車子，提出也給蒸汽車鋪上軌道（木頭軌道顯然不行，需要用鐵軌），讓它拖帶幾節(jié)車廂在鐵軌上行駛的設想。這可是個好主意，不僅使車廂里可裝很多的貨物和人員，而且可發(fā)揮蒸汽機力氣大的特長，使車子跑得快。
   1825年9月27日，從英國斯多克頓到達林頓的世界上第一條鐵路正式通車了。由蒸汽汽車改制成的蒸汽機車（我們平常所說的火車頭）開始大顯身手了，蒸汽機從此派上了大用場。這同時也宣告了世界上第一列火車正式問世。
   那天上午，由斯蒂芬遜制造并駕駛的“運動號”蒸汽機車拖帶著33節(jié)車廂，從斯多克頓出發(fā)了。車廂里裝載煤和乘客，而看熱鬧的人站滿了鐵道的兩旁。人們有的步行，有的騎馬，追追跑跑，簇擁著這長蛇般的龐大怪物在緩緩行駛。地鐵族$ |9 z- y% z1 A; C4 q
   1828年，期蒂芬遜和他的兒子共同制造了“火箭號”蒸汽機車，并參加了一次比賽。當時有3臺機車參加比賽，其中一臺在比賽開始不久，鍋爐接縫的地方便破裂了；另一臺走了40多千米因汽缸破損而停駛；只有“火箭號”機車以每小時22千米的平均速度，牽引著10多噸的貨物，跑完了112.6千米的路程，順利地到達終點，獲得了冠軍。此后，火車便受到人們的重視，在世界各國相繼發(fā)展起來。www.ditiezu.com9 `. F" f$ P- e/ F; M: \& _# m: f
   火車剛出世不久，跑得比較慢，本來就對火車冷眼相待的一些馬車主，更加傲氣起來，經常要跟火車比個高低，以顯示他的馬車跑得快。然而，馬車有時的確會揚揚得意地跑在火車的前頭，這就進一步促使人們對火車進行不斷改進。
   早期的蒸汽機車，外形各種各樣：有的像個壓路機，有的與四輪馬車相似（如英國“一號蒸汽機車”），有的和原始的汽車類同……這些機車的運載能力都還不大，跑得比馬車快不了多少。由于它們都是用煤炭或木材做燃料，行駛時鍋爐里的火焰熊熊，煙氣沖天，所以人們習慣上把它稱做“火車”。它雖然“吃”的是“粗糧”——煤，但力氣很大，而且煤的成本又較低，來源豐富，因而蒸汽機一直延用了很長時間。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運6 H. p$ s8 i) f* A
   作為工業(yè)生產發(fā)展產物的蒸汽機車，自然就要受到一些工業(yè)發(fā)達國家的重視。它們紛紛修鐵路，造火車，很快便使蒸汽機車風靡全世界。到19世紀中葉，這股筑路造車風掀起了熱潮，英、美、日、德等國除了自己制造蒸汽機車外，感到修筑鐵路有利可圖，便向世界各地宣傳推銷，承攬修路造車工程，從而使火車得到日益廣泛的應用。

　　火車與鐵路2 \8 t/ ?  e% k" T) H

　　火車和鐵路在今天是一對分不開的“兄弟”。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運  A2 Q" Y% M2 C# V
   火車頭，即蒸汽機車是英國發(fā)明家斯蒂芬遜于1825年發(fā)明的。有了火車頭，才有火車?？墒悄阒绬?，說起鐵路的發(fā)明，比火車還要早半個多世紀哩！
   早在16世紀中葉，英國的鋼鐵工業(yè)興起，到處都搞采礦?？墒?，當時礦山的運輸還很落后。鐵礦石全靠馬拉、人背，勞動效率很低。有個公司的老板，為了多運鐵礦石，想了一個法子：從山上向坡下平放兩股圓木，讓中間的距離相同，一根接一根地擺到山下。當裝滿礦石的斗車，順著兩股圓木下滑的時候，山上的人大聲喊叫著：“注意，車下來啦。”山下的人也大聲回答道：“車到啦，好！”這就是初期的木頭軌道。做最好的地鐵生活門戶論壇7 L" J$ G$ ^& U; f- `
   木頭軌道制作簡單，由上向下運送重物也很省力，一時受到歡迎。不過，如果在平地上使用木頭軌道效果不大，省力不多。而且，這種木頭軌道不耐用，磨損大。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運: V4 g( f3 S  ]) T9 w. N5 v
   到了1767年，有人試著拿生鐵來做軌道，以取代木頭軌道。人們便稱呼為鐵路了。鐵軌比木頭軌道的體積小許多，它直接放在地面上，斗車的輪子也是鐵制的，推起來當當直響，運煤、送貨也省勁。但是，斗車內裝的東西不能過重。有一回，一輛車子裝貨多了，把鐵軌壓到了地面里，結果車翻貨出，差點壓傷了人。
   怎么辦？看來，必須解決地面的承受力問題，同時還要考慮鐵軌的長度問題。就是在解決這些問題的過程中，逐漸產生了后來的鐵路。
   火車很重，有人說如果把這個重量分散到枕木上，再由枕木分散到“道床”上，道床所受的力再均勻地分散到路基上，這個力量就變得小了許多。經過這樣的傳遞過程，接觸面積逐漸增大，單位面積的壓力就相應降低，路基就不會被壓壞了。
   這個設計的思路是很科學的，可以說，今天的鐵路仍然是根據(jù)這個道理建成的。可是具體地說，道床應該用什么材料？造成什么樣子？枕木多大最好？一系列問題需要解決。19世紀初，英國鐵路公司征求新的軌道設計方案，并設置數(shù)萬英磅重獎。一時間，英國、法國、比利時的應征者，蜂擁而來。圖紙、模型堆積似小山。經過專家們評選，形成最優(yōu)方案；把鐵軌釘在枕本上，枕木鋪在用小石子堆成的道床上。這樣一來，道床上的小石子可以調整鐵軌頂面的高低不平，防止枕木移動，利于排水，保護路基。
   1830年，這一年有兩項重要的發(fā)明：斯蒂芬遜新設計成功的蒸汽機車和火車行走的鐵路——首次結合成功了。事實說明：從英國倫敦到愛丁堡的旅行時間，由原來的10～12天，縮短到只需要2天多（50小時）。人類可以創(chuàng)造比馬跑得更快的旅行速度！地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運) Z" X% P9 |0 |5 e7 B, R
   火車頭牽引的車廂越多，載重越大。原來制作的生鐵軌承受力量不足。有人軋制熟鐵軌來代替。這種新鐵軌比較舊的好，它不發(fā)脆，在重壓下不致斷裂。因此，鐵軌的制作又有新的改進，雖然形狀未改，可強度大為提高。
   火車行駛的路很長，鐵軌不可能無限長。一般是12～25米。最早的鐵軌是一根緊接一根，沒有一點空隙。誰知夏天酷熱，鐵軌受熱膨脹，把筆直的鐵路“頂”得彎成個凸肚子，火車怎么行駛？冬天寒冷，鐵軌又收縮，發(fā)生斷裂了。這樣的事故教育了鐵路建筑者，他們想：如果在鐵軌的接頭之間留點“縫隙”，還怕它熱脹冷縮嗎！做最好的地鐵生活門戶論壇# A( O' R# j! F* |, T3 c
   舊的矛盾解決了，又出現(xiàn)新的矛盾：鐵軌的縫隙接頭越多，火車運行中的震動越多，發(fā)出的噪聲也越大。而且鐵軌的裂損有60%是產生在接頭處。人們開動腦子設法改進縫隙，于是無縫鋼軌誕生了。
   鐵路，不知道花去了多少人的心血，集中了多少人的智慧，總結了多少次經驗和教訓，才成為今天這個樣子，千萬不要小看它。地鐵族' W1 H9 C3 r5 h2 C4 V
   地下長龍地鐵族' L3 g9 k) e" o6 O$ U. A! f: T9 _
   現(xiàn)在，世界上很多國家都有了地下鐵路（人們簡稱地鐵）。我國也在北京、上海、天津等城市建設了地鐵，還有一些城市正準備承建。這說明，建造地鐵是城市現(xiàn)代交通發(fā)展的趨向之一。
   地鐵列車不僅緩和了城市交通日益擁擠的情況，而且乘坐舒適，載客量大，運行準時，不受其他車輛干擾，可以高速行駛等，因而受到了廣大乘客的青睞。雖然乘坐地鐵的人很多，但是真正知道地鐵是怎樣問世的卻不多。
   地鐵的發(fā)祥地是英國。& J- c: T$ U  b# Q6 p
   1830年以后，鐵路在歐洲和美國得到了迅速的發(fā)展。那時使用的機車是燒煤炭的蒸汽機車。這種機車行駛時，濃煙滾滾，灰渣飛舞，污染了城市環(huán)境。另一方面，由于大城市里各種交通工具相互混雜，道路擁擠，火車也無法高速行駛。* @: x8 Z5 f9 A9 @: M
   解決這一難題的辦法有兩種，一是建高架鐵路；二是建設地鐵。但是，建設高架鐵路投資大，而且還要占據(jù)地面相當大的空間。因此，人們還是對建造地鐵感興趣。
   英國在世界上首先建設了地鐵。那是在 1860年正式開工建造地下鐵路的。但是，英國最早的地鐵實際上應屬于1822年建成的1.8千米地下隧道。) R5 S  [1 ~# d: Z4 {
   1822年，英國人斯蒂芬遜決定在利物浦和曼徹斯特之間敷設鐵路，供“火箭號”機車行駛。但是，鐵路沿線居民和害怕被火車搶走生意的馬車主強烈反對修建這條鐵路。因此，鐵路不得不改變線路，繞遠在沼澤地上通過。尤其是在利物浦市，反對修建鐵路的人更多。由于不能在市內修建，不得不開挖1.8千米的地下隧道供火車行駛。6 L1 b/ x4 R" o; X" c7 i
   這一段供火車通過的地下隧道，雖然算不上真正的地鐵，但是在地鐵的發(fā)展史上還是占有一定位置的。正是由于這件事，才使發(fā)明地鐵的英國人認識到，火車在地下行駛完全是行得通的，它為火車開辟了新的通路。
   那時，英國也為地鐵施工創(chuàng)造了條件。當時有個叫布魯納的英國人，在倫敦的泰晤士河下面開挖了隧道，采用的是一種“盾構法”施工的，即通過在地下深處安裝圓管不斷掘進的辦法。這條隧道是1825年竣工的。1860年倫敦地下鐵路開工時，人們也準備用盾構法修建地下鐵路。地鐵族; Y% w' z- f" D3 O0 l
   1863年，英國的地鐵工程首先完成了從倫敦的福靈斯頓站到畢曉普站的6千米區(qū)段。那時，還沒有發(fā)明電力機車，所以地鐵也用的是燒煤的蒸汽機車。做最好的地鐵生活門戶論壇0 Z' P' o& t# ^" E
   這種蒸汽機車在行駛時，搞得地鐵隧道里煙霧彌漫，不僅熏黑了車站和車廂，乘客們也滿身煙塵。盡管如此，倫敦市民還是愿意乘地鐵。他們認為，地鐵方便，速度快。因此，倫敦的地鐵利用率很高，并促使地鐵線路不斷擴展。到1883年，倫敦已建成了32千米的環(huán)形線地鐵。
   到了1890年，德國和美國先后制成了性能優(yōu)良的電力機車。隨后，電力機車很快用于地鐵。法國巴黎由于也為城市交通問題所困擾，便立即投入修建使用電力機車的地鐵。當時，為了迎接1900年萬國博覽會在巴黎舉辦，便加速施工。結果，在博覽會舉辦時，巴黎地鐵如期通車。這是世界上最早使用電力機車的地鐵。與巴黎幾乎同時，德國也在柏林開挖地鐵，并于 1900年竣工。
   美國在制成電力機車后，于1898年開始在波士頓修建地鐵，并于1904年通車，從而代替了喧鬧的高架鐵道和不合時宜的鐵道馬車。www.ditiezu.com% G' i- X! b: r7 O6 T0 W0 U
   紐約和巴黎在地鐵施工中，由于地下都是堅硬的巖石的地質構造，所以不能使用英國的盾構施工法，而采用先在巖石上開小洞，再進行擴大的施工辦法。而德國柏林卻是松軟的砂土地質構造，因此先開挖路面，再采用沉箱法施工。地鐵族+ J, [5 q2 I; R# E9 i9 G- K
   到了20世紀初期，世界上已有19個城市開通了地下鐵路。此后，有許多國家都在籌建地鐵。例如，前蘇聯(lián)的地鐵建設雖然起步較晚，但有利之處是，可吸收各國經驗，研究各種不同的地鐵施工技術，采用適合自己的方法進行施工。于1932年開工修建的莫斯科地鐵，在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了當防空洞使用，仍在繼續(xù)施工，完成了6千米。如今的莫斯科地鐵，是世界上最豪華地鐵之一。地鐵族; K7 M  x* d0 k# j
   世界上最早建成地鐵的英國倫敦，現(xiàn)已有地鐵400多千米，居世界首位。其次是紐約，有380多千米。第三是巴黎，有近200千米。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運1 Y( Q8 [. H% e: P/ D
   鐵路機車
   鐵路運輸是19世紀20年代發(fā)展起來的，它的前驅是英國17世紀的木軌和18世紀的鐵軌上的手推和馬拉車輛運輸。1802年英國人特里維西克制成3.5個大氣壓的“高壓蒸汽機”及第一臺實驗性蒸汽機車，在默瑟爾和加爾第夫之間的鐵路上行駛了14.5公里。1815年他又制成了7個大氣壓和熱效率超過7%的蒸汽機車，功率在100馬力之上，為后來斯蒂芬遜完成火車的發(fā)明奠定了基礎。www.ditiezu.com1 J* P. C& X! X
   1814年拿破侖侵英戰(zhàn)爭爆發(fā)，馬車不能適應戰(zhàn)時運煤的需要，斯蒂芬遜研制成從煙囪排蒸汽以使鍋爐鼓風燃燒的機車。載 30噸煤每小時行駛6.4公里。到1825年9月，他終于制成可供使用的蒸汽機車，每小時可行駛24公里，載重90噸，從而完成了火車的發(fā)明。
   1826年至1830年9月，斯蒂芬遜和他的兒子一起制成第一臺載客運輸火車“火箭式”，在競賽中獲勝，從此開始了蒸汽機車鐵路運輸?shù)臅r代。1872年英國開始普及有座位的車廂，正式出現(xiàn)運客火車。
   鐵路運輸?shù)陌l(fā)展將軌距的標準提到日程上來，至今國際通行的標準軌距就是19世紀30年代英國人布魯內爾提出來的，英國直到1892年才予以統(tǒng)一。1870年世界鐵路總長為21萬公里，到1900年已達79萬公里。
   20世紀初，由于用三級膨脹式蒸汽機和帶過熱器的機車，燃料消耗率進一步降低。機車和列車的結構有了較大改進。1936年至1938年間，英國的格萊斯雷先后設計出非流線形的“太平洋”號和流線形的“大西洋”號機車，時速分別達到182.5公里和203.5公里。1938年法國制成時速為202公里的高速蒸汽機車。
   由于蒸汽機車燃料消耗率高，體大笨重，污染嚴重，以后逐漸被柴油機車和電力機車所取代。1926年至1929年間，德國制成直接用齒輪傳動的和壓縮空氣傳動的柴油機車。1932年在德國的柏林至漢堡和英國的東北鐵路上分別出現(xiàn)時速為125和101.5公里的柴油機車。但由于柴油成本高和機車速度尚低于蒸汽機車，在歐洲未能推廣。美國則因柴油比較便宜，并在 1935年出現(xiàn)了標準化的組合式柴油機，大大促進了柴油機車的發(fā)展，1945年已有4000臺。- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。. ]1 \$ a5 W- M/ L
   60年代初各發(fā)達國家開始成批生產4000～6000馬力的柴油機車。到70年代前期，柴油機車功率已成系列，數(shù)量滿足要求，很多國家停止使用蒸汽機車。1981年，英國制成時速高達270公里的高速柴油機車。- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。) Y. S3 [( n" }3 b" u. i# X
   繼柴油機車之后，電力機車又逐步發(fā)展起來。1879年柏林博覽會展出第一臺可供實用的電力機車，并在德國使用。電動機的轉速可隨負載在一定范圍內變化，運行安全，設備簡單，無污染，操縱和制動方便，而且還可以從發(fā)電站接受強大的電源，在短時間內產生必需的起動功率，便于高速行駛。
   1955年，法國制成高速電力機車，時速達332公里，1981年又增加到380公里。電力機車的最大困難是架空線路和變電設備成本過高問題，美國用單相交流電進行遠距離輸電，其成本比直流線路低三分之二，因而被廣泛采用，迎來電力機車大發(fā)展的新時期。地鐵族1 k* ?+ U# A" k- p
   “長辮子”火車- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。- m; j+ I2 Z1 K7 s, d8 R) y
   1879年出世的世界第一臺電力機車，是利用兩條鐵軌之間的第三條軌將電力引進機車里的。這種供電方式適合于電壓和功率都比較低的情況。- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。) I: V4 {8 B& F  P' N4 t
   隨著電力機車的發(fā)展，要使它跑得快，運載量大，就得提高電力機車供電系統(tǒng)的電壓和功率，因而需要使用高壓輸電線和變電裝置。在這種情況下，就不能再使用設在地面上的第三條軌供電的方式了，因為這既不安全，又給使用帶來不便。/ Y, _. `2 o2 V" F+ n. y: K
   1881年，德國試驗成功一種適合以高壓輸電線供電的電力機車新的供電系統(tǒng)，叫做“架空接觸導線”供電系統(tǒng)，也就是將電力機車的供電線路由地面轉向空中。實際上，這種供電系統(tǒng)和現(xiàn)在城市中的有軌電車相似，在車頂上裝著一條“長辮子”。它與以前使用蓄電池的電動機車的主要不同在于，它自身不帶電源，由電廠供電，所以機車的結構比較簡單，但需要一套供電設備。
   這種裝有“長辮子”的火車，依靠裝在車頂上的受電弓子把電力從架在空中的電線上引到機車里。高壓輸電線送來的電是高達110千伏的三相交流電，必須經過牽引變電所變成25千伏的單相交流電，方能供機車使用。因此，在電力機車行駛的鐵道沿線上，每隔50公里左右設一個牽引變電所。變電所的電又被送到鄰近的沿線接觸網上，通過機車上的受電弓將交流電引到機車的整流器上，把交流電變成直流電，使直流電動機旋轉，再經過一套傳動裝置，帶動車輪轉動，機車就會跑動起來。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運: J% D2 Y5 b. c4 n# U6 J# X! H/ E
   電力機車雖然問世較早，但直到20世紀60年代才開始受到人們的重視，被大量普遍地使用起來，已成為鐵路機車家族中的佼佼者。
   人們將電力機車稱為神通廣大的“火車頭”，就是因為它比蒸汽機車有著以下獨特的優(yōu)點：
   一是它的馬力大，拉得多、跑得快、爬坡的勁頭足。例如，我國在 50年代末期修筑的第一條電氣化鐵路——寶（雞）成（都）鐵路，就充分發(fā)揮了電力機車的優(yōu)越性。從寶雞到成都，第一道關口就是要翻越氣勢雄偉的秦嶺。過去用3臺蒸汽機車拉一列950噸貨車上秦嶺時，像老牛拉車每小時才行走18公里。蒸汽機車下坡時是靠閘瓦制動的，而閘瓦因摩擦就會變熱，如果不及時冷卻就難以將機車制動住。為了保證行車的安全，蒸汽機車的下坡速度比爬還慢，有時甚至走走停停，以便使受熱的閘瓦有足夠的時間冷卻。后來用3臺電力機車取代同樣數(shù)量的蒸汽機車，就能拉著2400噸的貨物，以時速50公里快速上坡，比蒸汽機車在運貨量和速度上都提高了近兩倍。電力機車下坡時，采用電阻制動，使列車能以每小時40公里的速度下坡，既快速又安全。
   二是電力機車用的是“干凈”的電能，它不冒黑煙、揚灰渣，因而不會污染環(huán)境。即便是通過幾公里長的隧道，旅客也不必擔心濃煙和廢氣熏人，也不會被討厭的煤灰渣迷住眼睛或弄臟衣服。機車駕駛人員也能在寬敞明亮的司機室進行操作。- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。7 z5 ~. L* ?/ l' K: ~; q) n
   三是電力機車操作簡便，出車前的準備時間短，不像蒸汽機車那樣，既要裝煤，又要加水，也不像內燃機車需要加油。無論是在缺水的沙漠地帶，或是在冰天雪地的寒冷地區(qū)，只要有電力供應，電力機車就能牽引列車晝夜行駛。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運/ T: [5 Q$ C6 {, [' |& P9 E
   四是電力機車使用的是電能，既可由煤炭、石油來發(fā)電，也可由水力、核能、天然氣、地熱、太陽能等發(fā)電，能量來源比蒸汽機車和內燃機車豐富，而且效率高。蒸汽機車的熱效率只有 7%；內燃機車的熱效率較高，也僅為28%；而采用火力發(fā)電的電力機車，其效率可達30%，若以水力發(fā)電時，熱效率高達60%～70%。
   本世紀50年代，由于石油得到大量開采，價格低廉，所以世界各國郡在研制和使用內燃機車，而把電子機車放在次要地位。但是，在石油生產國提高石油價格，發(fā)生了世界性的石油危機之后，人們又把注意力轉向了電力機車，從而促進了電力機車的迅速發(fā)展。- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。& Z+ I9 ^+ Y9 n5 O# C
   當時歐洲各國的電力機車的發(fā)展較快，如瑞士、荷蘭等國研制的電力機車和供城市交通使用的有軌電車。日本制成了一種交直流兩用電力機車，使用更為方便。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運: j6 P; E% [: P; e8 ]" j0 e& C
   我國對電力機車使用很重視，除了建成寶成路電氣化線路外，又修建了多條電氣化線路，大大提高了機車的運載量。與此同時，我國還研制成了“韶山”型電力機車，也投入使用。
   電力機車除了在鐵路和城市地面交通（即有軌電車）使用外，還多用于城市中地鐵，如意大利米蘭市地鐵、我國北京地鐵用的電力機車等。現(xiàn)在的北京地鐵電力機車上的“長辮子”已經不見了。這是怎么回事呢？原來，它是將“長辮子”從車頂上移到鐵軌旁邊的路基上。這樣，架設和檢修都很方便，但路軌附近有觸電的危險，所以嚴禁乘客跳下站臺，以保證人身安全。
   目前，有的國家已制成了具有萬匹馬力的電力機車，使火車的速度超過了每小時200公里。還有的在研制14000馬力的大功率電力機車，將會使火車的速度得到進一步提高。看來，電力機車將有著美好的發(fā)展前景。
   內燃機車
   據(jù)報載，從1992年6月1日起，北京鐵路分局結束了使用蒸汽機車牽引客車的歷史，改用內燃機車，以提高列車的速度和正點率。
   為什么要將蒸汽機車送到“歷史陳列館”而啟用內燃機車呢？這是因為內燃機車在許多方面比蒸汽機車優(yōu)越。優(yōu)勝劣汰，完全符合事物發(fā)展規(guī)律。下面就讓我們尋蹤追跡，看看它們的發(fā)展過程和內燃機不凡的本領。- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。- [6 @. d* }8 C8 H/ A
   人們在使用蒸汽機車的過程中發(fā)現(xiàn)，這種機車的一個致命弱點是它的鍋爐既大又重，嚴重影響了它的發(fā)展前途。在鍋爐里，用煤將水加熱成蒸汽，再通入汽缸里，從而推動機車前進。有人設想，如果將這種笨重的鍋爐去掉，使燃料直接在汽缸內燃燒，用所產生的氣體來推動車輪旋轉，就可以克服蒸汽機車的主要缺點。于是，一些科學家便開始進行研究試驗。
   1866年，德國人奧托首先制成了一種燃燒煤氣的新型發(fā)動機。這種發(fā)動機和蒸汽機在汽缸外面的鍋爐里燃燒燃料不同，它是在汽缸內點燃煤氣的，然后利用氣體的壓力推動活塞，從而使曲軸旋轉。因此，就給它起了個形象的名字，叫做“內燃機”。內燃機的出現(xiàn)，為火車的進一步發(fā)展帶來了生機。
   后來到了1894年，德國就制造出世界上第一臺內燃機車。這種沒有大鍋爐的新機車，既不燒煤，也不燒煤氣，而是用柴油作燃料。它所用的柴油機是德國人魯?shù)婪?#183;狄塞爾發(fā)明的。從此，內燃機車就成了火車家族中的一位重要成員，并得到了廣泛的應用。
   內燃機車雖然出世較晚，但它后來居上，比火車家族中的大哥哥蒸汽機車的本領高強，受到人們的重視。它的突出優(yōu)點是：& r) p5 X" z" J$ h. n
   1.速度快。內燃機車起動迅速，加速又快。通常，蒸汽機車的最大時速為110公里，而內燃機車的最大時速可達180公里，使鐵路通過能力提高25%以上。
   2.馬力大。蒸汽機車的功率一般為3000馬力左右，而內燃機車可以達到4000～5000馬力，因而運載量就多。
   3.能較好地利用燃料的熱能。蒸汽機車的熱效率一般僅為7%左右，而內燃機車可達到28%左右，提高了3倍，從而節(jié)省了大量的燃料。) H9 V; o! q; Z. n
   4.適合缺水地區(qū)使用。蒸汽機車是個用水“大王”，一列火車平均每行駛10公里，就得消耗水3～4噸。通過干旱的缺水地區(qū)，火車就需要自帶用水。據(jù)統(tǒng)計，在缺水地區(qū)運行一列火車，如果有10節(jié)車廂，其中有3節(jié)車廂是用來裝水的。而內燃機車用來冷卻的水僅需要幾百公斤，供循環(huán)使用，內燃機車上一次水，可連續(xù)行駛1000公里，因而它被人們譽為“鐵駱駝”。做最好的地鐵生活門戶論壇+ k( Y# R2 @" D& d
   5.司機駕駛操作方便。內燃機的司機不需要像蒸汽機車那樣加煤加水，而且駕駛室內明亮寬敞，司機操作時視野開闊，既方便又安全。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運* t' k1 l" J3 _
   有的人可能認為內燃機車和汽車都是使用的內燃機，兩者的結構原理應是相同的。其實，它們是不完全一樣的。汽車是利用內燃機產生的動力直接推動車輪轉動，而內燃機車則是先通過內燃機帶動發(fā)電機產生電能，再用電能使電動機旋轉，從而驅動機車前進。所以，通常也將內燃機車稱做“電傳動內燃機車”。www.ditiezu.com5 n' \* T! h3 c0 z  S
   內燃機車出世后，以其明顯的優(yōu)勢很快就壓倒了蒸汽機車。特別是第二次世界大戰(zhàn)結束后，由于內燃機車所用的燃料——石油價格較低，能大量供應，因而有力地促進了內燃機車的發(fā)展。一些國家如美國、日本、法國、加拿大等國都用繼制成了內燃機車，并且在10年左右的時間內實現(xiàn)了鐵路機車內燃化，使內燃機車得到了較廣泛的使用。
   我國于1958年研制成了第一臺內燃機車。到1969年，已制造出4000馬力的大功率內燃機車，如“東風型”、“東方紅型”和“北京型”內燃機車等?，F(xiàn)在，我國在許多鐵路線上已有各種類型的內燃機車牽引著長長的列車在馳騁著，一些主要干線的直達客車基本上實現(xiàn)了內燃機車牽引。
   內燃機車除了通常使用的電傳動內燃機車外，還有液力傳動內燃機車和適用于寒冷缺水地區(qū)的燃氣輪機車。- 中國地鐵生活門戶論壇,涉及地鐵規(guī)劃、建設及地鐵周邊生活相關的討論。* q$ N- {6 }: w2 \
   液力傳動內燃機車是將內燃機產生的動力，通過液力變速箱、萬向軸、車軸齒輪箱等設備，使車輪轉動，從而帶動車輛前進。早期的液力傳動內燃機車，采用類似于蒸汽機車的連桿驅動。
   燃氣輪機車是現(xiàn)代化內燃機車的一種。這種機車的內燃機與噴氣式飛機的原理相同。它比一般內燃機車的馬力大，振動小，結構簡單，行駛安全可靠，而且容易制造。世界上第一臺燃氣輪機車是1941年在瑞士制成的。由于它特別適用于高寒、缺水地區(qū)使用，近年來發(fā)展很快。法國已研制成并投人使用第二代和第三代燃氣輪機車，其中第二代燃氣輪機車的最高時速就已達到260公里。目前，燃氣輪機車已成為引人注目的現(xiàn)代化機車的一個得力的方面軍。做最好的地鐵生活門戶論壇: z% h5 A: W( x/ A, j& R; j( e
   高速火車地鐵族1 i6 B; S7 Q" q- ?2 q. n
   從世界上第一臺火車問世到現(xiàn)在，已經有100多年的歷史了。隨著火車
   “年齡”的增大，它也日益現(xiàn)代化了。目前，世界各國雖然主要使用的還是電力機車和內燃機車（包括燃氣輪機車）（也有一些國家還在使用蒸汽機車），但這些機車與它們的“祖先”相比，不僅面貌大為改觀，而且機車的速度提高了十幾倍，馬力增大了數(shù)百倍。昔日馬車要和它賽跑，今天的火車卻敢與小飛機比高低。地鐵族, n" @) z+ F  M8 Z
   現(xiàn)在，在一些國家的鐵路線上已經有了萬噸火車，也有了萬匹馬力的電力機車，列車的速度超過了每小時200公里，正向著500公里的時速邁進。地鐵,地鐵族,地鐵論壇,上海地鐵,軌道交通,北京地鐵,天津地鐵,南京地鐵,廣州地鐵,深圳地鐵,香港地鐵,重慶輕軌,武漢輕軌,長春輕軌,大連輕軌,臺北捷運,高雄捷運+ [7 |8 b8 {) R* N8 n
   本世紀80年代初期，法國修建的東南部高速火車就已投入運營了。它的最高時速達到270公里，一般速度也高達每小時約200公里。橫渡英國和法國之間的英吉利海峽的高速火車，其最高時速達300公里。這些高速火車的速度之所以這么快，一是采用了流線型的外形，使火車飛馳時所受到的空氣阻力大大減少；二是使用了牽引力很大的機車；三是應用電子計算機進行自動操縱。
   橫渡英吉利海峽的高速火車，不僅速度快，而且以乘坐舒適而名列 90年代火車的榜首。它除了精心裝置了減震設備外，還裝有噪音低、震動小的新型空調設備。另外，頭等艙的乘客還擁有一個小“沙龍”。車上還設有電話亭。乘坐這樣的列車，使人感到舒適、方便。列車的外觀設計也別具一格，車廂涂成清爽悅目的銀白色和藍色。車門的顏色隨車廂的等級而不同，使乘客能很快找到自己所乘坐的車廂。
   人們從火車運行中發(fā)現(xiàn)，普通火車的速度之所以難以提高，主要不在于發(fā)動機，而是火車輪子的行駛速度受到了鐵路軌道的限制。在火車速度比較低時，這種限制作用還不大明顯。然而，當火車速度加快，特別是在時速超過200或250公里以上時，列車就變得不穩(wěn)定，方向不好控制，車輪產生的噪音很大，對鋼軌的磨損也很嚴重，往往會突然發(fā)生嚴重的故障。
   解決這種難題的辦法，一是建造一條筆直的鐵路，這樣火車就能輕而易舉地達到每小時300公里的速度，而且列車行駛平穩(wěn)，乘坐舒適、安全。但是，這種鐵路造價很高。例如，法國建造的巴黎至里昂的高速鐵路，造價高達20多億美元。這條鐵路確實平坦筆直，可它跨越了很多峽谷，穿過了許多山嶺，甚至毀壞了一些旅游風景區(qū)和文明古跡；二是向空中發(fā)展，建造高架鐵路。英國早在1836年就建造了格林尼治至倫敦的高架鐵路。當時這條鐵路要穿過市區(qū)，許多住宅和部門必須拆遷，而英國議會又規(guī)定鐵路和公路在市內不能平面交叉。在這種情況下，為了提高車速，保證安全，減少拆遷，人們就想出了建造高架鐵路。接著，美國在紐約市也架起鋼結構立柱式高架鐵路。由于這種高架鐵路的噪音和振動都較大，影響周圍居民的安寧，所以鋼筋混凝土高架橋式鐵路便在城市中應運而生。后來，還在高架橋的兩側裝設了防音壁，使噪音進一步減小。日本是建造高架鐵路最多的國家，而且多為獨軌跨座型和懸空型單軌高架車。這些高架鐵路的建成，有效地解決了日本一千多個道口的交通阻塞問題。其中，東京——大阪——博多之間建成的鐵路新干線，全長1078公里，就有高架鐵路208公里。目前，世界上最快而又安全的單軌高架鐵路是日本的羽田至浜松町之間的鐵路，全長13.1公里。在這條線路上行駛的列車，每三輛編成一組，共長29.4米，重41噸，每次可載乘客240人，每89～15分鐘可開出一趟車，最高時速達80公里；第三種辦法比較新穎，它不在難度大、牽扯面廣的線路上打主意，而是另辟蹊徑，在列車上挖潛力。它既不需要將鐵路的彎道變直，又不花費大量資金建高架鐵路，只是將普通列車的固定輪軸變成可以隨著鐵軌的彎度自動改變方向的活動輪軸，從而就可使火車以較高的速度通過彎道，保證列車的高速行駛。瑞典于1990年制成并投入使用的高速列車，就是這種類型列車的典型代表。它可以在普通鐵路軌道上高速行駛，時速可達200公里，而且列車行駛平穩(wěn)，噪音很小。如果對鐵路彎道進行加固，并建立新的信號裝置和控制系統(tǒng)，就可使車速增加到每小時250公里。這種高速列車的可貴之處，就在于它構思巧妙，可利用普通鐵路軌道，因而具有推廣使用價值。假若北京至天津之間使用這種列車，半個小時就到了，那該多快呀！
   人們還在進一步提高列車的行駛速度，研制新型的高速火車。原聯(lián)邦德國在慕尼黑附近建立一座巨大的高速火車試驗臺。它利用電子計算機裝置模擬試驗高速火車和線路的各種情況。例如，模擬慕尼黑至斯圖加特之間任何一段路程的火車行駛情況，列車的時速可以達到200公里，最高可達500公里。這種試驗臺為不久的將來建造更快的高速火車創(chuàng)造了有利條件，人們期待著這種新型火車早日投入使用。做最好的地鐵生活門戶論壇' s: D. D# s! G
   沒有輪子的火車
   火車和其他車輛一樣，是利用車輪行駛的。火車的輪子不斷地在鋼軌上滾動，才推動列車飛速前進。然而，車輪也對列車的高速行駛帶來不利影響。地鐵族0 x3 o/ C3 R( o! G; q3 m
   隨著火車速度的提高，輪子和鋼軌便產生猛烈的沖擊和磨損，引起列車強烈的震動，發(fā)出很強的噪音，從而使乘客感到不舒服。不僅如此，由于列車在行駛中所受到的阻力（空氣阻力和摩擦阻力）與速度的平方成正比。速度愈高，阻力愈大。所以，在利用車輪滾動行駛的條件下，當火車行駛速度超過一定值（每小時300公里）時，就再也快不了了。
   但是，人們總希望火車的速度越快越好。怎樣解決這個矛盾呢？有些人就提出把妨礙列車速度提高的車輪甩掉，設法使列車像飛機在空中飛行一樣，在鋼軌上騰空行駛，不就克服了輪子所帶來的各種缺點嗎！于是，沒有輪子的火車便隨之誕生了。做最好的地鐵生活門戶論壇3 W3 R) s0 B/ M
   火車頭和車廂都很重，如何使它們騰空起來呢？科學家通過研究，提出了兩種解決方法。( f0 r) s; O1 v! L+ M9 g
   第一種辦法是，利用功率很強的航空發(fā)動機向軌道上噴射壓縮空氣，使列車的車底和軌道之間形成一層幾毫米厚的空氣墊，從而將整個列車托起，懸浮在軌道面上。再用裝在后面的螺旋槳式發(fā)動機推動列車前進。這種火車通常叫做“氣懸浮列車”。由于它好像被氣墊托起來一樣，所以又叫做“氣墊列車”。
   法國是世界上最早修建氣墊列車的國家。本世紀60年代，在巴黎和奧爾良郊外建成了兩條氣懸浮式鐵路，一條長18公里，另一條長6.7公里，曾進行了多次運行試驗。列車的試驗速度為每小時200至422公里。1969年在奧爾良郊外使用的氣墊車，長26米，寬3.2米，高4.35米，重20噸，可乘80人。地鐵族4 E3 d. C+ X  S& r1 k) K+ X
   后來，英國也進行了氣墊列車試驗。
   第二種辦法是，利用磁體同性相斥的原理，使車體在軌道上懸浮起來，再用發(fā)動機推動列車前進。人們把這種列車叫做磁浮列車。
   磁浮列車是在列車的底部裝有用一般材料或超導體材料（在一定溫度下這種導體的電阻接近于零）繞制的線圈，而在軌道上安裝環(huán)形線圈。根據(jù)法拉第的電磁感應定律，當列車底部的線圈通入電流產生的磁力線被軌道環(huán)形線圈所切割，就在環(huán)形線圈內產生感應磁場，它與列車底部超導線圈產生的磁場同性相斥，就使列車懸浮起來。由于懸浮列車克服了輪子和軌道的摩擦阻力，因而可使列車的速度達到或超過每小時300公里。
   由于磁浮列車的速度非?？?，可與一般飛機的飛行速度媲美，人們稱它為“飛行列車”和“超特快”列車。乘坐這種列車，使人感到既舒適、安全，又特別迅速。在車內聽不到單調刺耳的車輪撞擊聲，即使行駛速度很高時，乘客也會覺得像坐飛機那樣平穩(wěn)。它的速度可達每小時500多公里。從北京到上海，距離約1600公里。如果乘坐這種沒有輪子的火車，只要3個小時就可駛完全程，比普通火車快了六七倍。
   磁浮火車是在本世紀60年代開始研制的。世界上第一條實用性的磁浮鐵路建在原聯(lián)邦德國漢堡市展覽館至展覽廣場之間，全長908米，軌道為高架橋式。磁浮列車長26.24米，可載客68人。它可浮離軌面10毫米運行，最高時速為75公里。地鐵族. Z: B( q& u: d1 d! j2 _$ f. O
   1979年12月12日，日本研制的磁浮列車進行了一次運行試驗，時速達到504公里。試驗是在日本宮崎縣向市的鐵路試驗中心進行的。所用的試驗車長13.5米，高2.7米，寬3.8米，重10噸。試驗時，列車先經過一段短距離行駛，獲得起始速度后，列車便在導軌上（通常為單軌，也有雙軌的）浮升100毫米，并快速向前飛馳。
   磁浮列車在懸空行駛時，是不使用車輪的。但在起動或剎車時，還需要用車輪。

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