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铁路,一个天才的系统

发表时间:2024-01-24 访问量:1923

铁轨“标准化”的深远意义


英国技术开发的初步闭环有一个优势,即在开始向美国和欧洲大陆出口时,特别是在英国以外的铁路行业运用时,“铁路系统”已经实现了 一定程度的发展和标准化,它的影响至今仍存在。


它开启了轨距标准。迄今为止,除了一些主要为地方服务的窄轨外,欧洲从比利牛斯山脉直到俄罗斯西部边界,甚至北美和中国,都将轨距统一为1435毫米。这种计量单位,既非来自脚长和英寸,也非来自米制长度系统,而是来自邮政马车,这一点已经在古罗马人那里得到证明。根据英国模式统一使用轨距,成为技术上并不复杂的国际交通的基础。


轨道导向系统并不仅限于避免带轮缘的滚轮状车轮横向滑出。在很早的时候,车轮被设计成圆锥形,轨道稍微向内倾斜。在良好的轨道条件下,列车仅出现轻微的横向摆动,几乎不必受轮缘硬性冲击限制,而是由(今天会非常地计算的)踏面和轮缘之间的圆形引导着前进。在铁路曲线上,离心力将车辆进一步往外推,外侧轮的直径稍大,从而将整个轮对控制在曲线内。这种轨道运行系统的工作原理是车轮和钢轨之间的接触面很少,从而使装载车辆的摩擦阻力最小化。一个人的力量足以在轨道上拉动一辆不太重的车。一组运行中的车辆可以由一个人拉着继续行驶。你可以试试去拖相同重量的橡胶轮卡车挂车。只有船在水中的 阻力才比较小。


移动的钢铁和静止的钢铁之间狭窄的接触区域最初让人怀疑,机车在轨道上启动和前进时能否有足够的阻力,转动的轮子是否会在这个位置打滑而发生故障。因此,最初人们用齿轮和齿轨驱动来试验,认为在斜坡上有必要用固定蒸汽机提供绳索牵引驱动来取代移动蒸汽机车驱动。早在其他地方提出这个问题之前,英国人就已经解决了这个问题(考虑到特有的山区铁路,欧洲大陆关于这方面的讨论一直持续到1850 年)。一方面,人们认识到机车驱动轮的摩擦力原则上是足够的,并发现使用多个从动轮对能增加摩擦力;另一方面,人们发明了一种技术,通过人为延长线路来限制山区铁路的坡度。英国的铁路系统在获得出口机会时, 已经具备在平原地区和丘陵地区采用统一牵引技术优势,无须在爬坡前费事地更换牵引技术。


有侧面护栏或中央导向杆的窄轨,车辆在上面运行时可以由水平辅助轮支撑(最初这种想法得到了很好的阐释),修建道岔和道口因此变得方便,轨道网络的无限分支从而能延伸到任意中途站的整备线上,并从那里再延伸到工厂、山谷和港口码头。


每一个拥有铁路模型的人都知道,以4台机车和29节车厢为例,就已经有数百万种列车编组可能。有了标准化的联轴器和缓冲装置系统,就能组成不同的列车,并能根据不同要求重新组合。货运列车的五节牲畜车厢后,可以安排两节沥青或石油“罐车”,然后是三节装着切割好防腐电线杆的车厢,最后是啤酒冷藏车厢。在下一站,它可以卸下两节牲畜车厢,再装上四节装着砖块的车厢。在几十年、几百年的时间里,蜂蜜、头盔、腌肉或 油毡等货物已经过时,取而代 之的是汽车、香蕉、用于多层房屋的燃油锅炉和钢管。客运方面钢制四轴取代了木制三轴,蒸汽机也逐渐被它的后继产品电动或柴油发动机所取代。不管是过去还是现在,所有这些变化都是在没有变更系统的情况下一步步发生的。


为了介绍经久不衰的蒸汽机车另一个真正巧妙的原理,我们需要探讨一下它的技术。根据加速或常速运行的要求,机车司机使用调节器,通过控制器的机械装置在活塞两侧交替工作,在平原、上坡或者下坡时让更多或更少的蒸汽从锅炉流向汽缸。工作完成后,蒸汽通过废汽口进入烟箱,然后从上面的烟囱出去。烟箱中的蒸汽通过气流流动产生负压,让更多的燃烧空气通过锅炉后端的灰箱风户被吸入火箱中,在那里煽动火苗,让更多的热气流过锅炉众多水循环管道。因此,蒸汽消耗量的增加会自动通过更高的吸力产生更多的蒸汽。斯蒂芬森的蒸汽机车已经运用了这一技术,其基本操作模式从未改变,尽管现在被放大了许多倍,并在细节上完善到了令人吃惊的程度。


一开始人们还以为铁路会和公路及运河一样可以免费提供给任何使用者,但英国人很早就意识到,出于安全考虑,非常有必要将铁路建设、铁路交通管理和监控、机车车辆的运营和交通市场的准入牢牢掌握在一只手里。养路工和巡道工、信号员和扳道员、机车司机、司炉工和制动员以及负责售票和办理运单的工作人员,都必须遵守统一的等级制度和纪律。这项原则(以及蒸汽机车在历史上有趣的影响模式),在最近几十年里发生了很大的偏离。


启程一刻


在中世纪,有轨车辆在木制轨道上被拉着或推着穿过矿井。巴伐利亚更高矿务局的约瑟夫·冯·巴德尔(Joseph von Baader,1765—1841)1814年提出修建一条从纽伦堡到菲尔特的有轨马车线路。他随后详细设计的“人造铁路上的连续机械系统”并不实用,那是一种同时适用于道路和铁路的车辆并且继续使用马力牵引。但至少他在1825年,在慕尼黑郊区的宁芬堡皇家公园向巴伐利亚国王路德维希一世(König Ludwig I)展示了他的“测试线”。


当时台德国“蒸汽车”几乎又被遗忘了。柏林铸铁厂的检查员克里格1816年制造了一台只有2.5米高1.5米长的小型机车,它参考了更老的英国模型,装在四个轮子上,沿着齿轨运行。该机车在柏林示范运行后引起了轰动,它在市政厅拆卸后被运到了上西西里。重新组装后,却发现它的轨距不适合那里的轨道。于是,德国台机车的生涯再次结束。一台1817年造的类似机器在萨尔河畔的矿井里至少还能服役 几年。


1835年12月7日又是一个特殊的日子。当天的《斯图加特晨报》这样写道:


上午9:00,纽伦堡-菲尔特路德维希铁路开通。为了准时到达现场,早上7点,纽伦堡人就步行、骑马或者乘坐马车出发了……人们长时间地注视着这条牢固的铁路以及在一定程度上称得上雅致的车厢,它共有9节;不过,最让人欣喜和关注的还是蒸汽机车,它身上有那么多非同寻常的谜团,但仅从外观上看,就连行家也无法说清楚它的特殊结构。


它像其他车一样固定在前后轮的车轴上,在两个更大的轮子之间,而这些轮子实际上是由机器驱动的。怎样驱动?你可以猜,但却看不到。在前轮之间,如同从一个封闭的烟囱里,升起一个大约15英尺(约 4.5米)高的管子,里面排出蒸汽。一个巨大的汽缸从前轮和中轮之间一直延伸到后轮,蒸汽锅炉就在这里,由第二节四轮悬挂式车供水。后面这节存放燃料的车还有一个储水罐,通过软管将水从储水罐引入蒸汽机车的水槽。此外,人们注意到有许多管子、水龙头、螺丝、阀门、弹 簧,要搞清楚这些我们还需要更长的时间。


那位安静、谨慎且值得信赖的英国机车司机也同样吸引了我们。他每放一铲煤,都会考虑量是否合适、时间是否合适、炉子分配是否合适。一刻也不能闲着,什么都要注意,计算到每一分钟,因为是他让列车运行起来,所以他就像是机器的大脑,把巨大的力量统一起来……机车司机让蒸汽的力量缓缓发挥作用。大量蒸汽云从烟囱里冒了出来。车厢被紧紧地锁在一起,开始慢慢地移动;然而,很快烟囱越来越快地喷出烟雾,列车向前行驶,不一会儿就消失在围观者的视线里……


纽伦堡市长约翰内斯·沙雷尔(Johannes Scharrer)、铁路的重要投 资人乔治·扎查里亚斯·普拉特纳(Georg Zacharias Platner)、接受委托建造铁路的当地工程师保罗·丹尼斯(Paul Denis)以及不应被忘记的位德国机车司机威廉·威尔逊(William Wilson)毫无疑问共同谱写了历史。


除了德国首条用于公共交通的蒸汽铁路这一历史地位之外,路德维希铁路并未在开拓时代为铁路标准带来任何创新性。路德维希铁路也并非全国铁路网的段。它一直是私营的,没有与后来的巴伐利亚邦有铁路相连,于1922年停运,线路用于有轨电车。


技术推动洗牌?


后来的德国人对纽伦堡 - 菲尔特铁路的高度(甚至是过高的)评价原因在于,有关它的图片和文字记载很好地满足了人们对于毕德麦耶尔时期田园诗的向往。在斯皮茨韦格(Spitzweg)描绘的一座中世纪帝国城市里,谨慎的议员们和稳重的企业家们修建了一条新的道路,通往散步便能到达的邻城。他们很有革命性,买了一台蒸汽车,但同时也很保守,还配置了11匹牵引马。他们有足够的资产阶级勇气,建了一个与路德维希一世给予特权的线路相抗衡的项目;但他们对国王又足够忠诚,谦卑地请求国王陛下给公司起名。


就这样,铁路似乎为一幅早期资产阶级全景图画上一个圆满的句号,这幅全景图还没有被现代的喧嚣打乱。阿德勒火车不会激怒市民,歌德的《浮士德》中曾记录了市民们在复活节游行期间的愿望:“希望一切都变乱;只有家还保持原状。”


事实上,铁路在许多方面打破了旧的社会结构、赚钱机会和垄断地位。巴伐利亚高等医学院的一份备忘录表明,在他们看来这将不可避免地导致严重的精神疾病,这就是为什么铁路需要用很高的围墙围起来。然而,这篇文章在1835年也和今天一样,被认为是一种讽刺。


在开通了一条与马路平行的铁路后,马车夫们和马路旁的店主们再也笑不出来了;农民们变得赤贫,他们种植的小麦或土豆,不像竞争对手从匈牙利或加利西亚通过铁路运来的那么便宜。每一个土地所有者和古老的贵族都感受到了新时代的力量,尽管他们讨厌经济损失,但由于各邦国很快都通过了有利于铁路的征用法,他们不得不放弃所继承的森林和田野的部分权利。


哈科特已经宣布,这些“革命”将在铁路问题上取得全国性的突破,但纽伦堡和菲尔特的城市新贵们尚未预见这一点。不过他们给德国所有铁路规划者带来了两个令人高兴的信息:个,一台由看不见的蒸汽驱动的机器在狭窄的铁轨上运行,带着可以坐下半个小镇居民的移动房子,这一奇迹居然成真了,而且没有发生世界末日般的脱轨和爆炸;第二个,这一切都是值得的,路德维希铁路1841年向股东支付了16%的股息。



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