书城童书科普知识百科全书——《交通知识篇》(下)
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第4章 火车家族(1)

蒸汽机车趣事

大家都知道,在炉子上把水烧开的时候,水壶会发出“扑扑”的声音,壶盖也会被水蒸汽顶起来。要知道,如果一壶水完全变成水蒸汽,要用1650多个水壶才装得下呢。如果把水壶密封起来、就会产生很大的压力,可以用来推动机器。蒸汽机车的力气这么大,就是靠水蒸汽的力量。

大家从图中可以看到,蒸汽机车分为前后两部分。前一半,是个大水壶似的锅炉,用煤加热锅炉里的水,水变成蒸汽,推动传动机构。带动轮子,轮子一转,火车就跑起来了。机车的后一半,是一辆装煤、水的车厢,叫煤水车。有了这两部分,机车就可以飞速前进了。

世界上最早行驶于轨道上的蒸汽机车诞生于1804年,是一位姓特里维西克的英国人设计制造的。他的蒸汽机车屡次发生事故。又未能得到进一步改进只好半途而废。特里维西克本人于1823年在贫病交加中死去。

蒸汽机车

世界上第一台能实用的蒸汽机车,是英国工程师斯蒂芬森设计、制造的,它于1814年制成,取名“半统靴”号。经过改进,斯蒂芬森又制造出旅行号,于1825年在世界上第一条标准轨距铁路上正式运行,从而开创了铁路运输的新纪元。

1833年5月,英国赛姆松号机车在道口上将一辆满载牛油的双轮马车撞倒。事故发生后,铁路企业管理者建议在机车上安装汽笛。蒸汽机车创始人斯蒂芬森采纳了这个建议,首先在机车上安装了汽笛,能及时告示铁路沿线的行人和车马,为防止事故作出了贡献。

蒸汽机车是18世纪下半叶工业革命时期的一大发明,它开辟了近代运输的新纪元。当时,英国人把工业所需的煤炭从利物浦运到曼彻斯特。用铁路运输的费用仅为用马车运输的1/5,可见蒸汽机车带来了巨大的经济效益。

此后,随着技术的发展,蒸汽机车的性能不断得到改善1938年,美国的赫德森232型蒸汽机车拉着560吨重的列车。

平均速度就可达到每小时193千米,最高速度则达到每小时200千米。

但是,蒸汽机车工作起来很费能源。所烧掉的煤中。只有7%用于推动车轮,93%的煤都没有被利用。同时,蒸汽机车还要“喝”大量的水,每走10千米就要消耗2000千克的水。

这在缺煤、少水的地区就很不方便了。此外,机车冒出的黑烟会污染环境,蒸汽机车的操作也较复杂,劳动强度大,又是加煤,又是加水。还要注意锅炉的蒸汽压力,等等。

随着科学技术的不断进步,出现了内燃机车、电力机车。

与蒸汽机车相比,它们具有更好的性能。可以把运费进一步下降1/2。很多国家。早在60年代就用内燃机车或电力机车取代了蒸汽机车。

漫话内燃机车和电力机车

内燃机车和电力机车都诞生于19世纪末。内燃机车的工作原理是:让柴油或煤气燃料在汽缸里燃烧,利用燃烧时产生的温度高和压力大的气体去推动活塞,带动车轮前进。而电力机车则利用电力,通过电动使车轮转动起来。

这两种机车比蒸汽机车先进多了。内燃机车可把燃料的28%用于转动车轮,这比蒸汽机车只用上7%的燃料高出了3倍,加足了油和少量水,一口气就可以跑上1000多千米。虽然内燃机车本身的造价是相同马力的蒸汽机车的2倍,可运行费用仅是蒸汽机车的40%左右,而且铁路沿线的辅助设施较少,所以总的维修费用也较低。在国外,特别是美国,几乎都采用柴油机车,并且大部分是由柴油发动机驱动发电机,用产生的电力再驱动电动机使机车行驶。采用这种传动方式的机车,叫做电传动柴油机车。在英国,伦敦与爱丁堡之间行驶的电传动柴油机车德尔奇克号,牵引1500吨的列车时速可达160千米以上。世界上柴油机车的先锋是德国,早在1937年,飞行汉堡号就已达到时速187千米的高速。在日本,由于石油要靠进口,柴油机车数量并不多。在我国,内燃机车已成为铁路运输的主力。总之,在经济性和高速化方面,柴油机车有着很大优势。

柴油机的发明者是德国人叫鲁道夫·狄塞尔。他到美国推销他发明的柴油机,美国通用电器公司一位叫兰普的技术人员,试用德国人的柴油机组装了一台电传动的内燃机车。

这是世界上第一台用柴油机作动力的机车,是内燃机车电传动原理的第一次应用,是现代内燃机车的鼻祖。

内燃机车虽然有不少优点,但目前内燃机的单机功率还不如电力机车的电机功率大。如果铁路要翻山越岭,有些路段坡度较大,这时内燃机车就有些“力不从心”,要改用电力机车了。我国的宝成铁路,经过秦岭的一段路山势陡险,行驶的就是由我国自制的电力机车。

电力机车有直流、交流两种。机车内装有电动机,利用电力使车轮转动起来。它的机械构造比内燃机车简单,购买、保养的价格都较低,而且功率大。它的工作效率很高,没有污染。在电力资源较丰富的国家,如日本,电力机车就占绝对优势。用煤作一次能源,进行火力发电,有30%的热能可以转变为电能,而电力输送及电机工作的效率都很高,所以电力机车的能量利用率较高,远远大于蒸汽机车只有7%的利用率,因此,应用电力机车可节约能源。但电气化的铁路沿线要设置变电所、电网,这些设备要花很多钱。所以,在运输繁忙的干线上,电力机车较为适用,而在运输不忙的支线上,使用内燃机车更为经济、合理。

世界上最早实现铁路电气化的国家是多山地的瑞士。而电气化铁路线路最长的国家是苏联。到1983年,苏联的电气化铁路有46826千米,占全世界的271%,占全苏联铁路的326%。电气化铁路线路在1万千米以上的国家还有日本(14438千米)、德国(11553千米)、法国(10335千米)。

我国也在积极建设电气化铁路,如陇海路(兰州——连云港)、宝成路(宝鸡——成都)、郑武路(郑州——武汉)、大秦路(大同——秦皇岛)、丰沙大路(丰台——沙城——大同)等,都已电气化了。随着社会主义事业的不断发展,铁路电气化会越来越普及。

五花八门的铁路车辆

铁路车辆的种类很多,基本可分为货车与客车两大类。

根据不同的货物,所设计的货车又有三种基本类型:敞车,宜于运载大件设备及散装货物,如煤等;篷车,宜于运载需防潮的货物,如水果、贵重货物等;平板车,宜于运载大型货物。此外,还有许多特种车辆,如罐车,宜于运载液体货物,如油类、液体化工原料等;还有冷藏车、牲畜车和运载汽车的双层或多层专用货车等。

运送液体货物的罐车

客车也有坐席车、卧铺车之分。从外貌看来,这些车辆大体都相似。在美国,客车身长为85英尺,重60-80吨,而英国的客车身长为67英尺,欧洲大陆的客车身长865英尺,重50-60吨。各国的客车内部设计都有所不同。

在我国,坐席车的通道在中央,一侧为双人座,一侧为3人座,全车有近120个座位。美国的客车座位布置与我国的相似,但有的是两侧均为双人座。在欧洲,客车均为包厢式,每包厢有6~8个座位,其布局与我国的软卧车厢相似。此外,有的国家包括我国在内,有双层客车,以搭乘更多的乘客。

美国的卧铺车厢中有8间双人室,24间单人室,可容纳40人。

我国的硬卧车厢每个隔间有6个铺位,而软卧则每个包厢有4个铺位。

为了减少旅客坐火车长途旅行的疲劳,人们都希望火车上能有卧车,可以休息睡觉,能有餐车,可在车上就餐。发明卧车和餐车的人是美国一位设计师,叫乔治·蒲尔曼。1865年;他和同事一起研制出先驱者号卧车,并投入铁路运营。这是世界公认的最早的正规卧车。1868年,他进一步研究,发明了带有厨房的餐车。没过多久,他又发明成功带有豪华单人坐椅的客车及连廊车厢,取得了一系列的成就。1867~1890年,他创办了世界著名的蒲尔曼车厢公司,专门从事制造、装配在美国主要铁路上行驶的卧车。

为了与公路、航空客运竞争,铁路客车内都及时地安装了先进而舒适的生活设施。如,为使旅客在冬夏、昼夜旅行时免受高寒或酷热之苦,客车车厢内就安有空调。英国是在铁路客车内首先安装空调的国家。空调全名是空气调节器它可以冷却、加热、净化和干燥(英国较潮湿)空气。于本世纪30年代,德国、法国、美国、日本等国先后从英国引进此项新技术,有的还直接从英国斯通公司购置空调设备安装在客车上。

现在,空调客车数量最多的国家是美国,其次是日本。

为发展旅游业,吸引更多旅客乘坐火车,在美国沿途有游览景点的铁路线上还运行着一种有透明圆顶的客车,乘客坐在隆起的玻璃圆顶客车内可观赏沿线风光。由于铁路运输受到其他运输方法的挑战,各国铁路公司都想方设法吸引更多的主雇和旅客,有的甚至在客车中设有图书馆、儿童游乐场。

可以设想,将来会出现更新型的铁路车辆,以适应经济发展的需要。

追赶飞机的高速列车

1964年日本在东京一大阪间建成世界上第一条高速铁路——日本东海道新干线。10月1日,正值第18届奥林匹克运动会开幕的日子,世界铁路史上最快的列车开始运营了,乳白色“弹丸号”列车好像飞梭似的行驶在铁路线上。每小时行驶210千米,车内设备舒适,车站上现代化设备的控制及监视作用都令人耳目一新。

日本东海道新干线高速铁路的成功,引发了世界高速铁路热,使铁路走进了高速时代。

日本后来又建成了山阳新干线、东北新干线、上越新干线。现在日本的高速列车速度已达270千米/小时,最高的已达350千米/小时。

日本高速铁路运营三十多年,运送旅客四十多亿人次,旅客转运量是全国的1/3,但却保持着死亡事故为零的记录,这在铁路运输安全方面是一个空前的成绩!

法国的高速铁路发展比日本晚20年,但后来居上,已在世界占领先地位。