Geležinkelių istorija: nuo bėgių kelių iki „Hyperloop“ traukinių

Nuo pat jų išradimo geležinkeliai vaidino didžiulį vaidmenį toliau plėtojant civilizacijas visame pasaulyje. Nuo senovės Graikijos iki šiuolaikinės Amerikos, geležinkeliai pakeitė žmonių keliavimo ir darbo būdą.

Ankstyviausia pervežimo geležinkeliu forma siekia 600 B.C. Graikai padarė griovelius asfaltuotuose kalkakmenio keliai, naudojami kartu su ratinėmis transporto priemonėmis, palengvinantys valčių gabenimą per Korintas. Tačiau kai romėnai užkariavo graikus 146 m. ​​Pr. Kr., Ankstyvieji geležinkeliai pateko į griuvėsius ir dingo daugiau nei 1400 metų.

Pirmoji moderni geležinkelių transporto sistema nesugrįžo tik XVI amžiuje. Net tada būtų reikėję dar tris šimtus metų, kol garo lokomotyvo išradimas pakeis geležinkelių transportą pasauliniu mastu.

Šiuolaikinių traukinių pirmtakai debiutavo 1550-ųjų pradžioje Vokietijoje, įvedę vagonų kelius. Šiuos primityvius bėgiotus kelius sudarė mediniai bėgiai, per kuriuos arklius traukiantys vagonai ar vežimėliai galėjo judėti lengviau nei per purvinus kelius. Iki 1770-ųjų mediniai bėgiai buvo pakeisti geležiniais. Šie vagonėliai tapo tramvajaus keliais, kurie pasklido po visą Europą. 1789 m. Anglas Williamas Jessupas suprojektavo pirmuosius vagonus su flanšiniais ratais, kurie buvo išdrožti, leisdami ratams geriau sukišti bėgį. Ši svarbi dizaino savybė buvo perkelta į vėlesnius lokomotyvus.

Iki 1800-ųjų geležinkeliai buvo statomi iš ketaus. Deja, ketaus buvo linkęs į rūdis ir buvo trapus, todėl dėl streso jis dažnai sugedo. 1820 m. Johnas Birkinshaw išrado patvaresnę medžiagą, vadinamą kaustytąją geležį. Ši naujovė, nors ketaus pagerinimas vis dar buvo ydingas, vis dėlto ji tapo etalonu iki pat atėjimo į apyvartą Bessemeris Šis procesas leido pigiau gaminti plieną 1860-ųjų pabaigoje ir paskatino greitą geležinkelių plėtrą ne tik Amerikoje, bet ir visame pasaulyje. Galiausiai Bessemer procesą pakeitė atvirų krosnių krosnys, kurios dar labiau sumažino plieno gamyba ir leido traukiniams sujungti daugumą didžiųjų JAV miestų iki XIX a. pabaigos amžiuje.

Parengus pagrindus pažangiai geležinkelių sistemai, liko tik rasti reiškia gabenti daugiau žmonių ir daugiau prekių ilgesniems atstumams per trumpesnį laikotarpį laikas. Atsakymas pateiktas kaip vienas iš labiausiai reikšmingi išradimai iš Pramonės revoliucija, garų variklis, kuris buvo kritiškas šiuolaikinio geležinkelio ir traukinių plėtrai.

1803 m. Vyras, vardu Samuelis Homfray'as, nutarė finansuoti transporto priemonės garais varomos transporto priemonės, pakeisiančios tramvajaus keliuose arklius traukiančius vežimus, kūrimą. Richardas Trevithickas pastatė tą transporto priemonę - pirmąjį garo variklinį tramvajaus lokomotyvą. 1804 m. Vasario 22 d. Lokomotyvas išgabeno 10 tonų geležies, 70 žmonių ir penkis papildomus vagonus. mylių tarp Pen-y-Darrono geležies dirbinių Merthyr Tydfil mieste, Velse, iki Abercynnon dugno slėnis. Kelionė užtruko apie dvi valandas.

1812 m., Anglų išradėjas George'as Stephensonas tapo Stocktono ir Darlingtono geležinkelio linijos pervežimo inžinieriumi. Iki 1814 m. Jis jiems pastatė savo pirmąjį lokomotyvą. Neilgai trukus jis įtikino savininkus išbandyti garvežį. Pirmosios pastangos buvo pavadintos Lokomotyvas. Nors Stephensonui priskiriamas pirmojo geležinkeliui skirto garo lokomotyvo variklio išradėjas, Trevithicko išradimas yra minimas kaip pirmasis tramvajaus lokomotyvas.

1821 m. Anglas Julius Griffithsas pirmasis išpatentavo keleivinį kelių lokomotyvą. Iki 1825 m. Rugsėjo mėn., Naudodamasi Stephensono lokomotyvais, „Stockton & Darlington Railroad Company“ pradėjo pirmąjį geležinkelį, gabenantį tiek krovinius, tiek keleivius, važiuojančius įprastu grafiku. Šie nauji traukiniai maždaug per valandą galėtų nuvežti šešis pakrautus anglies ir 21 keleivinį automobilį, kurių talpa 450 keleivių virš devynių mylių.

Neilgai trukus Stephenson atidarė savo įkurtą firmą Robert Stephenson and Company. Garsiausias jo prototipas, Stepono raketa, buvo suprojektuotas ir pastatytas „Rainhill Trials“, 1829 m. renginiui, vykusiam Liverpulio ir Mančesterio geležinkeliuose, kad būtų išrinktas geriausias dizainas, kuriuo būtų varomi nauji lokomotyvai. Raketa, pažangiausias savo dienų lokomotyvas, nesunkiai laimėjo ir toliau nustatė standartą, pagal kurį dauguma garo variklių bus statomi ateinantiems 150 metų.

Pulkininkas Johnas Stevensas laikomas geležinkelininkų tėvu JAV. 1826 m. Stevenas pademonstravo garo judėjimo galimybes eksperimentiniame sukamame trasoje savo dvare Hobokene (Naujasis Džersis) - treji metai prieš tai, kai Stephensonas patobulino praktinį garvežį Anglija.

1815 m. Stevensui buvo suteiktas pirmasis geležinkelis Šiaurės Amerikoje, tačiau kiti pradėjo gauti dotacijas ir netrukus po to buvo pradėtas darbas ties pirmaisiais eksploatuojamais geležinkeliais. 1930 m. Peteris Cooperis suprojektavo ir pastatė pirmąjį amerikiečių pastatytą garvežį - Tomas nykštys, važiuoti paprasto geležinkelio bėgiais.

Kita svarbi XIX amžiaus traukinių naujovė neturėjo nieko bendra su varymu ar energijos tiekimu. Vietoj to, viskas buvo susijusi su keleivių komfortu. George'as Pullmanas išrado miegantį automobilį „Pullman“ 1857 m. Nors miegoti automobiliai Amerikos geležinkeliuose buvo naudojami nuo 1830-ųjų, automobilis „Pullman“ buvo sukurta specialiai keleivių kelionėms per naktį ir buvo laikoma pastebimu patobulinimu pirmtakai.

Garo varomi lokomotyvai turėjo neginčijamą poveikį transportavimui ir ekonominei plėtrai per 19 metų^tūkst amžiuje, technologija nebuvo be savo trūkumų. Vienas iš problemiškiausių buvo dūmai, atsirandantys deginant anglį ir kitus kuro šaltinius.

Nors kenksmingi šalutiniai produktai buvo toleruojami atvirame kaime, net ir ankstyvoje aplinkoje, degalų išmetimo keliami pavojai dar labiau išryškėjo, nes geležinkelius, einančius į labiau apgyvendintas teritorijas, o tam, savo ruožtu, reikėjo vis daugiau požeminių tunelių, kad būtų galima pritaikyti traukinius, važiuojančius į miesto kelionės tikslai. Tunelio situacijoje dūmai gali tapti mirtini, ypač jei traukinys užstrigo po žeme. Elektra varomi traukiniai atrodė akivaizdi alternatyva, tačiau ankstyva elektrinių traukinių technologija paprasčiausiai negalėjo išlaikyti garo dideliais atstumais.

Pirmąjį elektromobilio prototipą 1837 m. Pagamino škotų chemikas Robertas Davidsonas, maitinamas galvaninių akumuliatorių elementais. Kitas „Davidson“ lokomotyvas, didesnė versija, pavadinta Galvani, debiutavo Karališkojoje Škotijos meno draugijos parodoje 1841 m. Jis svėrė septynias tonas, turėjo du tiesioginio variklio reaktyvumo variklius, kuriuose buvo naudojami fiksuoti elektromagnetai, veikiantys geležinius strypus, pritvirtintus prie medinių cilindrų kiekvienoje ašyje. Nors jis buvo išbandytas Edinburgo ir Glazgo geležinkelyje 1841 m. Rugsėjo mėn., Ribota jo baterijų galia lėmė projektą. Galvani vėliau buvo sunaikintas geležinkelininkų, kurie alternatyvią technologiją vertino kaip potencialią grėsmę pragyvenimui.

Pirmasis elektrinis keleivinis traukinys, kurį sudarė lokomotyvas ir trys automobiliai, Wernerio von Siemenso smegenys buvo pradėtas vairuoti 1879 m. Berlyne. Traukinio maksimalus greitis buvo šiek tiek daugiau nei aštuonios mylios per valandą (13 km). Per keturis mėnesius 984 pėdų (300 metrų) žiedine trasa jis pervežė 90 000 keleivių. Traukinio 150 voltų nuolatinė srovė buvo tiekiama per izoliuotą trečiąjį bėgelį.

Elektrinės tramvajaus linijos pradėjo populiarėti, pirmiausia Europoje ir vėliau JAV, po to, kai 1881 m. Pirmą kartą pasirodė Lichterfelde, visai šalia Berlyno, Vokietijoje. Iki 1883 m. Braitone, Anglijoje, važiavo elektrinis tramvajus, o tramvajus, pradėjęs važiuoti netoli Vienos, Austrijoje, tais pačiais metais buvo pirmasis reguliariai eksploatuojamas oro transportas. Po penkerių metų Franko J. suprojektuoti elektriniai vežimėliai „Sprague“ (išradėjas, kadaise dirbęs Thomas Edisonui) leidosi į Richmond Union keleivinio geležinkelio vėžes.

Pirmąją požeminę elektrinę geležinkelio liniją „City“ ir „South London Railway“ nutiesė 1890 m. Po penkerių metų „Sprague“ sugalvojo žaidimus keičiančią daugiapakopę traukinių kontrolės sistemą (MU). Kiekvienas automobilis buvo aprūpintas traukos varikliu ir varikliu valdomomis relėmis. Visi automobiliai traukė energiją iš traukinio priekio, o traukos varikliai dirbo vieningai. Pirmąjį praktinį įrengimą „South Side Elevated Railroad“ (dabar Čikagos L dalis) MU gavo 1897 m. Sėkmingai išradus „Sprague“, elektra netrukus tapo svarbiausiu metro energijos tiekimu.

1895 m. Keturių mylių ilgio Baltimorės juostos linijos Baltimorėje ir Ohajo geležinkelio (B & O) jungtis, sujungta su Niujorku, tapo pirmąja pagrindine Amerikos elektrine linija, elektrifikuota. Garo lokomotyvai patraukė iki elektrifikuotos linijos pietinio galo, o po to buvo sujungti su elektra varomais traukiniais ir traukė per tunelius, supusius Baltimorę.

Niujorkas buvo vienas iš anksčiausiai uždraudusių garų variklius iš jų traukinių tunelių. Po 1902 m. „Park Avenue“ tunelio susidūrimo į pietus nuo Harlemo upės buvo uždrausta naudoti dūmus skleidžiančius lokomotyvus. Niujorko centrinis geležinkelis elektrinius lokomotyvus pradėjo naudoti iki 1904 m. Nuo 1915 m. Čikagos, Milvokio, Šv. Pauliaus ir Ramiojo vandenyno geležinkelis teikė elektrines paslaugas per Uolinius kalnus ir į vakarinę pakrantę. Iki 1930-ųjų Pensilvanijos geležinkelis elektrifikavo visą savo teritoriją į rytus nuo Harrisburgo, Pensilvanijos valstijoje.

Atsiradus traukiniams su dyzeliniais varikliais šeštajame dešimtmetyje ir vėlesniais dešimtmečiais, sulėtėjo elektra varomų traukinių infrastruktūros plėtra. Galų gale vis dėlto dyzelinas ir elektra būtų sujungti, kad būtų sukurtos kelios kartos elektrodizelių hibridus, kuriuose panaudotos geriausios abiejų technologijų technologijos ir kurios taptų daugelio geležinkelių standartu linijos.

Septintajame dešimtmetyje ir aštuntojo dešimtmečio pradžioje buvo didelis susidomėjimas galimybe pastatyti keleivinius traukinius, kurie galėtų važiuoti daug greičiau nei įprasti traukiniai. Nuo aštuntojo dešimtmečio domėjimasis alternatyvia greitaeigių technologijų technologija, orientuota į magnetinę levitaciją, arba maglev, kuriame automobiliai važiuoja oro pagalve, kurią sukuria elektromagnetinė reakcija tarp borto įtaiso ir kito, įtaisyto jo kreipiamojoje dalyje.

Pirmasis greitaeigis geležinkelis važiavo tarp Tokijo ir Osakos Japonijoje ir buvo atidarytas 1964 m. Nuo to laiko visame pasaulyje buvo sukurta dar daugiau tokių sistemų, įskaitant Ispaniją, Prancūziją, Vokietiją, Italiją, Skandinaviją, Belgiją, Pietų Korėją, Kiniją, Jungtinę Karalystę ir Taivaną. JAV taip pat aptarė greitojo geležinkelio įrengimą tarp San Francisko ir Los Andželo bei rytinėje pakrantėje tarp Bostono ir Vašingtono, D.C.

Nuo to laiko elektriniai varikliai ir traukinių transporto technologijų pažanga leido žmonėms važiuoti iki 320 mylių per valandą greičiu. Dar daugiau šių mašinų pasiekimų yra vystymosi stadijose, įskaitant „Hyperloop“ vamzdžių traukinį, Prognozuojama, kad jis pasieks greitį, artimą 700 mylių per valandą, ir kuris baigė savo pirmąjį sėkmingą prototipo bandymą 2017.