火車的發(fā)明與演進(jìn)

人們通常認(rèn)為是英國人斯蒂芬孫于1825年發(fā)明了火車蒸汽機(jī)車，然而根據(jù)不同的歷史記載，此前已經(jīng)有若干項(xiàng)類似的發(fā)明存在。據(jù)說早在1769年法國工程師庫納就研制成功第一輛蒸汽機(jī)車，然而，有關(guān)這一發(fā)明的詳盡記載一直未能發(fā)現(xiàn)，因而這一傳說往往會被嚴(yán)肅的考證者所忽略或拋棄。

1802年，理查德·特里維錫克（Richard Trevithick，1771-1833）研制成功第一輛能在鐵軌上行駛的蒸汽機(jī)車。

特里維錫克不但發(fā)明了高壓蒸汽機(jī)車，而且還設(shè)計(jì)出若干種蒸汽機(jī)車原型。

1802-1803年，特里維錫克在寇爾布魯克戴爾鐵工廠建造成第一輛火車蒸汽機(jī)車。不久之后，在卡迪夫附近的一位鐵器制造業(yè)老板薩繆爾·蒙福雷的催促鼓動下又制造出第二輛。

1804年2月2日，令人信服的測試開始了，特里維錫克發(fā)明的火車機(jī)車，拖著6噸的貨車，在派尼-達(dá)仁-阿伯塞農(nóng)鐵路線路（長約24英里）上奔馳，并且加載了一節(jié)只有廖廖數(shù)人的車廂。空載時(shí)速度為每小時(shí)32英里，載客時(shí)為每小時(shí)13英里。不幸的是，鍋爐懸掛得很糟糕，并且有幾處鐵軌損壞。再者，使用馬匹在當(dāng)時(shí)顯得更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

成批制造的火車機(jī)車是于1812年由一位名叫布蘭金索普（Blenkinsop）的英國人發(fā)明的，該機(jī)車帶著一個普通的非管狀蒸汽發(fā)動機(jī)。布蘭金索普機(jī)車是為運(yùn)載貨物而設(shè)計(jì)的，行駛速度很慢，其較為獨(dú)特的一點(diǎn)是這種蒸汽機(jī)車行駛在有齒的鐵路軌道上。

從1812年開始，布蘭金索普機(jī)車在英國投入使用，行駛在里茲（Leeds）與米德爾頓（Middleton）兩地之間。該蒸汽機(jī)車在此鐵路線上持續(xù)行駛，一直到1853年才終止，最終被更為先進(jìn)的機(jī)車車型所取代。

1828年2月，馬克·塞古因（Marc Seguin）從英國引進(jìn)了兩輛早期的斯蒂芬孫火車機(jī)車，用于他所建造的法國里昂到圣艾蒂安之間的鐵路線，但他對此機(jī)車并不十分滿意，因此從1829年開始建造他自己的火車機(jī)車，該機(jī)車帶有管狀鍋爐，可以拖動和運(yùn)載比斯蒂芬孫火車機(jī)車更重的貨物，但其行駛速度還不到每小時(shí)6英里。由于這一關(guān)鍵性原因，在嘗試建造了十種車型之后，塞古因放棄了嘗試建造新的機(jī)車車型，而斯蒂芬孫卻采用了塞古因的蒸汽鍋爐。

1829年，英國人喬治·斯蒂芬孫（George Stephen， 1781-1848）開發(fā)出第一輛高速蒸汽機(jī)車。早在1813年，他已經(jīng)建造了一輛裝備了聯(lián)動桿帶動驅(qū)動車輪的機(jī)車，這些車輪能在鐵軌上平滑地滾動前行。

斯蒂芬孫的貌似火箭外形的機(jī)車贏得了于1829年在雨山（Rainhills）由利物浦至曼徹斯特鐵路線的承包商們所組織的蒸汽機(jī)車競賽。在競賽條件（拖動40噸的列車行駛）下，“火箭”式機(jī)車達(dá)到了每小時(shí)16英里的行駛速度，但是在不掛載列車的空載情況下，該機(jī)車可行駛到每小時(shí)35英里。這一成就標(biāo)志著鐵路運(yùn)輸?shù)恼Q生。相較之下，一匹馬放蹄疾奔時(shí)的速度是每小時(shí)28英里（1869年由英國賽馬“領(lǐng)事”所創(chuàng)立的每小時(shí)36英里的記錄長期未被打破）。

1829年，羅伯特·斯蒂芬孫（Robert Stephenson）設(shè)計(jì)的“火箭”式火車頭在英國蘭開夏郡進(jìn)行的鐵軌行駛測試中突破了紀(jì)錄速度，“火箭”式火車頭使整個世界進(jìn)入了發(fā)動機(jī)牽引的時(shí)代。此后，該火車頭成為蒸汽機(jī)車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在近百年里攜載乘客和貨物抵達(dá)世界各地。

1833年由喬治·斯蒂芬孫加以完善的專利機(jī)車“星球”號，與以往的車型都有所不同，從外觀來看，在其鍋爐的氣缸體下加裝了一個輪軸。該機(jī)車之所以被稱為“專利機(jī)車”，是因?yàn)槠浒l(fā)明建造者提交了專利申請以保護(hù)他的發(fā)明（專利登記日為1833年10月7日）。

到了1846年，英國人托馬斯·羅素·克蘭普頓建造了兩輛體現(xiàn)出他三年前所構(gòu)思之原理的機(jī)車雛形。克蘭普頓的理念是要建造模仿斯蒂芬孫的長形鍋爐但卻無后者之主要缺陷的高速火車機(jī)車；而其主要缺陷具體說來，就是缺乏穩(wěn)定性（來自與輪軸相關(guān)的鍋爐爐膛的懸伸位置）。克蘭普頓把一個驅(qū)動軸移動到機(jī)車鍋爐爐膛燃燒室的后端，只保留鍋爐氣缸體下面的兩個輪軸。他的這兩輛火車機(jī)車，在比利時(shí)的Liege和Namur兩城之間的鐵路線上投入運(yùn)營，很容易就達(dá)到每小時(shí)60英里的速度。

1848年，克蘭普頓建造了“利物浦號”機(jī)車，該機(jī)車車型巨大，用于倫敦至沃爾沃頓鐵路線和西北鐵路線上。該機(jī)車達(dá)到接近每小時(shí)80英里的速度。但遺憾的是，該機(jī)車不久就退出服務(wù)，因?yàn)槠渲貕簩﹁F路軌道造成了嚴(yán)重?fù)p壞。

1892年，聞名遐邇的“太平洋號”在美國的密蘇里-太平洋鐵路線上首次投入運(yùn)營，“太平洋號”的功率為2200馬力，蒸氣壓力為16公斤，該機(jī)車的重量為93噸。

1895年，第一輛電動機(jī)車在美國的巴爾的摩-俄亥俄鐵路線上問世，其重量為96噸，擁有四個全發(fā)動機(jī)輪軸，并且使用550伏的直流電。1902年，由德國Zossen與 Marienfelde之間的一輛電動機(jī)車創(chuàng)造了每小時(shí)101英里的記錄。

“大西洋號”機(jī)車大約于1900年出現(xiàn)在費(fèi)城-大西洋城鐵路線上，因此而得名。大西洋號機(jī)車的使用在1901年擴(kuò)展到了歐洲。當(dāng)時(shí)其馬力為1500匹，重量為64噸，蒸汽壓力為16公斤。第一臺柴油機(jī)車于1912年在瑞士的Winterthur被一家名為Sulzer的公司制造出來。該機(jī)車重量為85噸，輸出的馬力為1200匹，與當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)車的馬力相比較，顯得較弱。1912年“山脈號”機(jī)車出現(xiàn)在美國鐵路網(wǎng)絡(luò)之中，它是一輛高速蒸汽機(jī)車，擁有2700匹馬力，重量為112噸，最大蒸汽壓力為17公斤。