火車從古到今的變化

【專家解說】：">火車的發(fā)展史:

火車的發(fā)明
  火車和所有其他發(fā)明一樣，都是為了滿足社會(huì)需要而問世的。

  18世紀(jì)初，隨著社會(huì)生產(chǎn)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(guó)人瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)。這種機(jī)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(jī)裝在車上，代替人力或者畜力來使車輛前進(jìn)。說來有趣，這種大膽設(shè)想首先在軍事上得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，歐洲各國(guó)的軍隊(duì)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(shí)跟隨部隊(duì)作戰(zhàn)。法國(guó)一位名叫居尼奧的炮兵軍官，針對(duì)這一問題就研制成用蒸汽機(jī)推動(dòng)的“蒸汽汽車”來牽拉，從而開辟了以機(jī)器為動(dòng)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(chǔ)。

  這種將蒸汽機(jī)裝在車子上的機(jī)械車是怎樣推動(dòng)車輛行駛的呢？我們從它的外形上可以看到，蒸汽機(jī)有一個(gè)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(dòng)，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(zhuǎn)動(dòng)，車輪就跟著轉(zhuǎn)起來，從而使車子前進(jìn)了。

  此后不久，這種冒著黑煙、喘著粗氣的車子先后在英國(guó)和德國(guó)出現(xiàn)了，如英國(guó)1804年制成的蒸汽機(jī)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(gè)車廂，等等。蒸汽車有點(diǎn)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(dāng)時(shí)馬車占主要地位的歐洲各國(guó)，蒸汽車處處受到非難和排擠。

  就說英國(guó)吧，那時(shí)各城市的郵政廳都使用大量的馬車來運(yùn)送郵件。為了維護(hù)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(duì)付新出世的蒸汽車，并要求政府對(duì)蒸汽車加以種種限制。后來，英國(guó)政府也站在馬車主一邊來反對(duì)蒸汽車，并規(guī)定了許多條條框框。例如，對(duì)蒸汽車下了這樣的命令：蒸汽車在行駛時(shí)，必須有手持小紅旗的人在車前55米處跑步前進(jìn)，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(nóng)村路上行駛，車的時(shí)速不得超過6千米，在城市不得超過3千米……這簡(jiǎn)直比老牛車還慢呢！現(xiàn)在看起來確實(shí)令人發(fā)笑。

  后來，盡管人們對(duì)蒸汽車進(jìn)行了改進(jìn)，但是由于它有著先天不足的弱點(diǎn)，例如車上裝的那又大又重的蒸汽機(jī)，既要經(jīng)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(yùn)不了多少貨物，所以人們逐漸對(duì)它失望起來。

  就在人們?yōu)檎羝嚨那巴緭?dān)心的時(shí)候，有人就想到了16世紀(jì)中期在礦山上用木頭做軌道，以人力和畜力拉動(dòng)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(shè)想。這可是個(gè)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(jī)力氣大的特長(zhǎng)，使車子跑得快。

  1825年9月27日，從英國(guó)斯多克頓到達(dá)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(jī)車 （我們平常所說的火車頭）開始大顯身手了，蒸汽機(jī)從此派上了大用場(chǎng)。這同時(shí)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(yùn)動(dòng)號(hào)”蒸汽機(jī)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?fù)碇@長(zhǎng)蛇般的龐大怪物在緩緩行駛。

  1828年，期蒂芬遜和他的兒子共同制造了“火箭號(hào)”蒸汽機(jī)車，并參加了一次比賽。當(dāng)時(shí)有3臺(tái)機(jī)車參加比賽，其中一臺(tái)在比賽開始不久，鍋爐接縫的地方便破裂了；另一臺(tái)走了40多千米因汽缸破損而停駛；只有“火箭號(hào)”機(jī)車以每小時(shí)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(dá)終點(diǎn)，獲得了冠軍。此后，火車便受到人們的重視，在世界各國(guó)相繼發(fā)展起來。

  火車剛出世不久，跑得比較慢，本來就對(duì)火車?yán)溲巯啻囊恍R車主，更加傲氣起來，經(jīng)常要跟火車比個(gè)高低，以顯示他的馬車跑得快。然而，馬車有時(shí)的確會(huì)揚(yáng)揚(yáng)得意地跑在火車的前頭，這就進(jìn)一步促使人們對(duì)火車進(jìn)行不斷改進(jìn)。

  早期的蒸汽機(jī)車，外形各種各樣：有的像個(gè)壓路機(jī)，有的與四輪馬車相似 （如英國(guó)“一號(hào)蒸汽機(jī)車”），有的和原始的汽車類同……這些機(jī)車的運(yùn)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(shí)鍋爐里的火焰熊熊，煙氣沖天，所以人們習(xí)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(jī)一直延用了很長(zhǎng)時(shí)間。

  作為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)物的蒸汽機(jī)車，自然就要受到一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。它們紛紛修鐵路，造火車，很快便使蒸汽機(jī)車風(fēng)靡全世界。到19世紀(jì)中葉，這股筑路造車風(fēng)掀起了熱潮，英、美、日、德等國(guó)除了自己制造蒸汽機(jī)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(yīng)用。

  火車與鐵路

  火車和鐵路在今天是一對(duì)分不開的“兄弟”。

  火車頭，即蒸汽機(jī)車是英國(guó)發(fā)明家斯蒂芬遜于1825年發(fā)明的。有了火車頭，才有火車。可是你知道嗎，說起鐵路的發(fā)明，比火車還要早半個(gè)多世紀(jì)哩！

  早在16世紀(jì)中葉，英國(guó)的鋼鐵工業(yè)興起，到處都搞采礦?？墒?，當(dāng)時(shí)礦山的運(yùn)輸還很落后。鐵礦石全靠馬拉、人背，勞動(dòng)效率很低。有個(gè)公司的老板，為了多運(yùn)鐵礦石，想了一個(gè)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?cái)[到山下。當(dāng)裝滿礦石的斗車，順著兩股圓木下滑的時(shí)候，山上的人大聲喊叫著：“注意，車下來啦?！鄙较碌娜艘泊舐暬卮鸬溃骸败嚨嚼?，好！”

  這就是初期的木頭軌道。

  木頭軌道制作簡(jiǎn)單，由上向下運(yùn)送重物也很省力，一時(shí)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。

  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(dāng)當(dāng)直響，運(yùn)煤、送貨也省勁。但是，斗車內(nèi)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(jié)果車翻貨出，差點(diǎn)壓傷了人。

  怎么辦？看來，必須解決地面的承受力問題，同時(shí)還要考慮鐵軌的長(zhǎng)度問題。就是在解決這些問題的過程中，逐漸產(chǎn)生了后來的鐵路。

  火車很重，有人說如果把這個(gè)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(gè)力量就變得小了許多。經(jīng)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(yīng)降低，路基就不會(huì)被壓壞了。

  這個(gè)設(shè)計(jì)的思路是很科學(xué)的，可以說，今天的鐵路仍然是根據(jù)這個(gè)道理建成的?？墒蔷唧w地說，道床應(yīng)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(jì)初，英國(guó)鐵路公司征求新的軌道設(shè)計(jì)方案，并設(shè)置數(shù)萬英磅重獎(jiǎng)。一時(shí)間，英國(guó)、法國(guó)、比利時(shí)的應(yīng)征者，蜂擁而來。圖紙、模型堆積似小山。經(jīng)過專家們?cè)u(píng)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(diào)整鐵軌頂面的高低不平，防止枕木移動(dòng)，利于排水，保護(hù)路基。

  1830年，這一年有兩項(xiàng)重要的發(fā)明：斯蒂芬遜新設(shè)計(jì)成功的蒸汽機(jī)車和火車行走的鐵路——首次結(jié)合成功了。事實(shí)說明：從英國(guó)倫敦到愛丁堡的旅行時(shí)間，由原來的10～12天，縮短到只需要2天多（50小時(shí)）。人類可以創(chuàng)造比馬跑得更快的旅行速度！

  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(jìn)，雖然形狀未改，可強(qiáng)度大為提高。

  火車行駛的路很長(zhǎng)，鐵軌不可能無限長(zhǎng)。一般是12～25米。最早的鐵軌是一根緊接一根，沒有一點(diǎn)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(gè)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(diǎn)“縫隙”，還怕它熱脹冷縮嗎！

  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(yùn)行中的震動(dòng)越多，發(fā)出的噪聲也越大。而且鐵軌的裂損有60%是產(chǎn)生在接頭處。人們開動(dòng)腦子設(shè)法改進(jìn)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(jié)了多少次經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，才成為今天這個(gè)樣子，千萬不要小看它。

  地下長(zhǎng)龍

  現(xiàn)在，世界上很多國(guó)家都有了地下鐵路 （人們簡(jiǎn)稱地鐵）。我國(guó)也在北京、上海、天津等城市建設(shè)了地鐵，還有一些城市正準(zhǔn)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(yùn)行準(zhǔn)時(shí)，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(guó)。

  1830年以后，鐵路在歐洲和美國(guó)得到了迅速的發(fā)展。那時(shí)使用的機(jī)車是燒煤炭的蒸汽機(jī)車。這種機(jī)車行駛時(shí)，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。

  解決這一難題的辦法有兩種，一是建高架鐵路；二是建設(shè)地鐵。但是，建設(shè)高架鐵路投資大，而且還要占據(jù)地面相當(dāng)大的空間。因此，人們還是對(duì)建造地鐵感興趣。

  英國(guó)在世界上首先建設(shè)了地鐵。那是在 1860年正式開工建造地下鐵路的。但是，英國(guó)最早的地鐵實(shí)際上應(yīng)屬于1822年建成的1.8千米地下隧道。

  1822年，英國(guó)人斯蒂芬遜決定在利物浦和曼徹斯特之間敷設(shè)鐵路，供“火箭號(hào)”機(jī)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(qiáng)烈反對(duì)修建這條鐵路。因此，鐵路不得不改變線路，繞遠(yuǎn)在沼澤地上通過。尤其是在利物浦市，反對(duì)修建鐵路的人更多。由于不能在市內(nèi)修建，不得不開挖1.8千米的地下隧道供火車行駛。

  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(guó)人認(rèn)識(shí)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(shí)，英國(guó)也為地鐵施工創(chuàng)造了條件。當(dāng)時(shí)有個(gè)叫布魯納的英國(guó)人，在倫敦的泰晤士河下面開挖了隧道，采用的是一種“盾構(gòu)法”施工的，即通過在地下深處安裝圓管不斷掘進(jìn)的辦法。這條隧道是1825年竣工的。1860年倫敦地下鐵路開工時(shí)，人們也準(zhǔn)備用盾構(gòu)法修建地下鐵路。

  1863年，英國(guó)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(shí)，還沒有發(fā)明電力機(jī)車，所以地鐵也用的是燒煤的蒸汽機(jī)車。

  這種蒸汽機(jī)車在行駛時(shí)，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(rèn)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(kuò)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(guó)和美國(guó)先后制成了性能優(yōu)良的電力機(jī)車。隨后，電力機(jī)車很快用于地鐵。法國(guó)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(jī)車的地鐵。當(dāng)時(shí)，為了迎接1900年萬國(guó)博覽會(huì)在巴黎舉辦，便加速施工。結(jié)果，在博覽會(huì)舉辦時(shí)，巴黎地鐵如期通車。這是世界上最早使用電力機(jī)車的地鐵。與巴黎幾乎同時(shí)，德國(guó)也在柏林開挖地鐵，并于 1900年竣工。

  美國(guó)在制成電力機(jī)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(shí)宜的鐵道馬車。

  紐約和巴黎在地鐵施工中，由于地下都是堅(jiān)硬的巖石的地質(zhì)構(gòu)造，所以不能使用英國(guó)的盾構(gòu)施工法，而采用先在巖石上開小洞，再進(jìn)行擴(kuò)大的施工辦法。而德國(guó)柏林卻是松軟的砂土地質(zhì)構(gòu)造，因此先開挖路面，再采用沉箱法施工。

  到了20世紀(jì)初期，世界上已有19個(gè)城市開通了地下鐵路。此后，有許多國(guó)家都在籌建地鐵。例如，前蘇聯(lián)的地鐵建設(shè)雖然起步較晚，但有利之處是，可吸收各國(guó)經(jīng)驗(yàn)，研究各種不同的地鐵施工技術(shù)，采用適合自己的方法進(jìn)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(dāng)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。

  世界上最早建成地鐵的英國(guó)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。

  鐵路機(jī)車

  鐵路運(yùn)輸是19世紀(jì)20年代發(fā)展起來的，它的前驅(qū)是英國(guó)17世紀(jì)的木軌和18世紀(jì)的鐵軌上的手推和馬拉車輛運(yùn)輸。1802年英國(guó)人特里維西克制成3.5個(gè)大氣壓的“高壓蒸汽機(jī)”及第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性蒸汽機(jī)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(gè)大氣壓和熱效率超過7%的蒸汽機(jī)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(chǔ)。

  1814年拿破侖侵英戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，馬車不能適應(yīng)戰(zhàn)時(shí)運(yùn)煤的需要，斯蒂芬遜研制成從煙囪排蒸汽以使鍋爐鼓風(fēng)燃燒的機(jī)車。載 30噸煤每小時(shí)行駛6.4公里。到1825年9月，他終于制成可供使用的蒸汽機(jī)車，每小時(shí)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(tái)載客運(yùn)輸火車“火箭式”，在競(jìng)賽中獲勝，從此開始了蒸汽機(jī)車鐵路運(yùn)輸?shù)臅r(shí)代。1872年英國(guó)開始普及有座位的車廂，正式出現(xiàn)運(yùn)客火車。

  鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展將軌距的標(biāo)準(zhǔn)提到日程上來，至今國(guó)際通行的標(biāo)準(zhǔn)軌距就是19世紀(jì)30年代英國(guó)人布魯內(nèi)爾提出來的，英國(guó)直到1892年才予以統(tǒng)一。1870年世界鐵路總長(zhǎng)為21萬公里，到1900年已達(dá)79萬公里。

  20世紀(jì)初，由于用三級(jí)膨脹式蒸汽機(jī)和帶過熱器的機(jī)車，燃料消耗率進(jìn)一步降低。機(jī)車和列車的結(jié)構(gòu)有了較大改進(jìn)。1936年至1938年間，英國(guó)的格萊斯雷先后設(shè)計(jì)出非流線形的“太平洋”號(hào)和流線形的“大西洋”號(hào)機(jī)車，時(shí)速分別達(dá)到182.5公里和203.5公里。1938年法國(guó)制成時(shí)速為202公里的高速蒸汽機(jī)車。