História železníc: od železničných tratí k Hyperloop vlakom

Od svojho vynálezu zohrávali železnice obrovskú úlohu v ďalšom rozvoji civilizácií po celom svete. Od starovekom Grécku po súčasnú Ameriku železnice zmenili spôsob, akým ľudia cestujú a pracujú.

Najstaršia forma železničnej dopravy sa v skutočnosti datuje do 600 ° C. Gréci urobili drážky v dláždených - vápencové cesty, ktoré sa majú používať v spojení s kolesovými vozidlami, čo uľahčuje prepravu lodí cez Korint. Keď však Rimania dobyli Grékov v roku 146 nl, skoré železnice upadli a zmizli viac ako 1400 rokov.

Prvý moderný systém železničnej dopravy sa nevrátil až do 16. storočia. Dokonca aj potom by to bolo ďalších tristo rokov, kým by vynález parnej lokomotívy premenil železničnú dopravu v globálnom meradle.

Predchodcovia moderných vlakov debutovali začiatkom roku 1550 v Nemecku zavedením vozňov. Tieto primitívne železničné cesty pozostávali z drevených koľajníc, cez ktoré sa konské vozne alebo vozíky mohli pohybovať ľahšie ako po prašných cestách. V 70. rokoch 20. storočia boli drevené koľajnice nahradené železnými. Tieto vozne sa vyvinuli na električky, ktoré sa šíria po celej Európe. V roku 1789 Angličan William Jessup navrhol prvé vozne s drážkovanými kolesami, ktoré boli ryhované, čo umožňuje kolesám lepšie uchopiť koľajnicu. Táto dôležitá konštrukčná vlastnosť sa preniesla do ďalších lokomotív.

Až do 18. storočia boli železnice konštruované z liatiny. Nanešťastie liatina bola náchylná na hrdzu a bola krehká a často spôsobovala zlyhanie v strese. V roku 1820 vynašiel John Birkinshaw odolnejší materiál s názvom kujné železo. Táto inovácia, aj keď zlepšenie oproti liatine, bola stále chybná, stala sa štandardom až do príchodu Bessemer Tento proces umožnil lacnejšiu výrobu ocele na konci šesťdesiatych rokov minulého storočia, čo vyvolalo rýchle rozšírenie železníc nielen po celej Amerike, ale aj po celom svete. Nakoniec bol Bessemerov proces nahradený použitím pecí s otvoreným ohniskom, čo ďalej znížilo náklady na výroba ocele a umožnila vlakom spojiť väčšinu veľkých miest v Spojených štátoch do konca 19. storočia storočia.

Po položení základov pre moderný systém železníc zostalo iba nájsť znamená prepravovať viac ľudí a viac tovaru na väčšie vzdialenosti v kratšom období Čas. Odpoveď prišla vo forme jedného z najviac významné vynálezy z Priemyselná revolúcia, parný motor, čo bolo rozhodujúce pre rozvoj modernej železnice a vlakov.

V roku 1803 sa muž menom Samuel Homfray rozhodol financovať vývoj vozidla poháňaného parou, ktorý nahradí vozy ťahané koňmi na električkách. Richard Trevithick postavené toto vozidlo, prvá električková lokomotíva s parným motorom. 22. februára 1804 lokomotíva dopravila náklad 10 ton železa, 70 mužov a päť ďalších vagónov deväť míle medzi železiarňami v Pen-y-Darron v meste Merthyr Tydfil vo Walese po dno Abercynnon údolia. Dokončenie cesty trvalo asi dve hodiny.

V roku 1812 anglický vynálezca George Stephenson sa stal technikom ťažby koľaje Stockton a Darlington. V roku 1814 pre nich postavil svoju prvú lokomotívu. Krátko nato presvedčil majiteľov, aby vyskúšali parnú lokomotívu. Prvé úsilie bolo pomenované pohyb. Zatiaľ čo Stephenson je považovaný za vynálezcu prvého parného lokomotívneho motora pre železnice, Trevithickov vynález je citovaný ako prvá električková lokomotíva.

V roku 1821 sa Angličan Julius Griffiths stal prvou osobou, ktorá patentovala cestnú lokomotívu pre cestujúcich. Do septembra 1825, s použitím lokomotív Stephensona, spoločnosť Stockton & Darlington Railroad Company uviedla na trh prvú železnicu na prepravu tovaru a cestujúcich v pravidelných cestovných poriadkoch. Tieto nové vlaky by mohli ťahať šesť naložených uhoľných automobilov a 21 osobných automobilov s kapacitou 450 cestujúcich na deväť míľ za hodinu.

Krátko nato Stephenson otvoril svoju vlastnú firmu postavenú, Robert Stephenson a spoločnosť. Jeho najslávnejší prototyp, Stephensonova raketabola navrhnutá a vyrobená pre skúšky Rainhill Trials, ktoré sa konali v roku 1829 v Liverpoole a Manchesterskej železnici, aby vybrali ten najlepší dizajn, ktorý poháňa ich nové lokomotívy. raketa, najpokročilejšia lokomotíva svojej doby, hravo vyhrala a pokračovala v stanovovaní štandardu, podľa ktorého by sa väčšina parných motorov stavala na nasledujúcich 150 rokov.

Plukovník John Stevens je považovaný za otca železníc v Spojených štátoch. V roku 1826 Stevens demonštroval uskutočniteľnosť parnej lokomotívy na vybudovanej experimentálnej kruhovej dráhe vo svojom sídle v Hoboken, New Jersey - tri roky predtým, ako Stephenson zdokonalil praktickú parnú lokomotívu v Anglicka.

V roku 1815 bola Stevensovi udelená prvá železničná charta v Severnej Amerike, iní však začali dostávať granty a čoskoro potom začali práce na prvých prevádzkových železniciach. V roku 1930 Peter Cooper navrhol a postavil prvú americkú parnú lokomotívu Tom Thumb, ktoré sa majú prevádzkovať na železnici spoločného dopravcu.

Ďalšia významná inovácia vlaku v 19. storočí nemala nič spoločné s pohonom alebo dodávkou energie. Namiesto toho išlo o pohodlie cestujúcich. George Pullman vynašiel spiace auto Pullman v roku 1857. Hoci spacie autá boli používané na amerických železniciach od tridsiatych rokov 20. storočia, auto Pullman bolo navrhnutý špeciálne pre nočné cestovanie cestujúcich a bol považovaný za výrazné zlepšenie oproti jeho predchodcovia.

Kým lokomotívy poháňané parou mali nepopierateľný vplyv na dopravu a hospodársku expanziu v priebehu 19. storočia^th storočia, technológia nebola bez jeho nedostatkov. Jedným z najproblematickejších bol dym, ktorý vznikol spaľovaním uhlia a iných zdrojov paliva.

Zatiaľ čo škodlivé vedľajšie produkty boli tolerovateľné na otvorenom vidieku, a to aj na začiatku, nebezpečenstvá spôsobené výfukovými plynmi boli ešte zreteľnejšie ako železnice zasiahnuté do viac osídlených oblastí, čo si vyžiadalo rastúci počet podzemných tunelov na umiestnenie vlakov smerujúcich do mestských aglomerácií. destinácií. V tunelovej situácii by sa dym mohol stať smrteľným, najmä ak by vlak uviazol pod zemou. Vlaky poháňané elektrickou energiou sa zdali byť zrejmou alternatívou, ale skorá technológia elektrických vlakov jednoducho nedokázala udržať paru na veľké vzdialenosti.

Prvý prototyp elektrickej lokomotívy bol postavený v roku 1837 škótskym chemikom Robertom Davidsonom, ktorý bol poháňaný galvanickými článkami batérie. Davidsonova ďalšia lokomotíva, väčšia verzia s názvom Galvani, debutoval na výstave Kráľovskej škótskej spoločnosti umenia v roku 1841. Vážil sedem ton, mal dva reluktančné motory s priamym pohonom, ktoré používali pevné elektromagnety pôsobiace na železné tyče pripevnené k dreveným valcom na každej náprave. Kým bola testovaná na trati Edinburgh a Glasgow v septembri 1841, projekt obmedzil obmedzený výkon batérií. Galvani bol neskôr zničený železničnými pracovníkmi, ktorí vnímali alternatívnu technológiu ako potenciálnu hrozbu pre ich živobytie.

Hlavným motorom Wernera von Siemens, prvého elektrického osobného vlaku, ktorý sa skladal z lokomotívy a troch automobilov, sa v roku 1879 v Berlíne uskutočnil prvý chod. Vlak mal maximálnu rýchlosť len niečo málo cez osem míľ za hodinu (13 km). Počas štyroch mesiacov prepravilo 90 000 cestujúcich na kruhovej trati s dĺžkou 984 stôp (300 metrov). 150 V jednosmerný prúd vlaku bol dodávaný prostredníctvom izolovanej tretej koľajnice.

Elektrické lanovky začali získavať na popularite, najskôr v Európe a neskôr v Spojených štátoch, potom čo sa prvý objavil v roku 1881 v Lichterfelde neďaleko Berlína v Nemecku. V roku 1883 bežala v Brightone v Anglicku elektrická električka a električka, ktorá začala prevádzku v blízkosti Viedne v Rakúsku, v tom istom roku bola prvou pravidelnou dopravou poháňanou nadzemným vedením. O päť rokov neskôr boli elektrické vozíky navrhnuté Frankom J. Sprague (vynálezca, ktorý kedysi pracoval pre Thomasa Edisona) sa vydal na cestu pre osobnú železnicu Richmond Union.

Prvá podzemná elektrická železničná trať bola spustená mestskou a južnou londýnskou železnicou v roku 1890. O päť rokov neskôr prišiel Sprague so systémom výmeny trakčných riadiacich jednotiek (MU), ktorý mení vlaky, pre vlaky. Každé vozidlo bolo vybavené trakčným motorom a motorom ovládanými relé. Všetky autá čerpali energiu z prednej časti vlaku a trakčné motory pracovali unisono. V roku 1897 dostali MU prvú praktickú inštaláciu pre južnú bočnú vyvýšenú železnicu (teraz súčasť Chicaga L). S úspechom Spragueovho vynálezu sa elektrina čoskoro stala hlavným zdrojom energie pre metro.

V roku 1895 sa štvormíľový úsek Baltimore Belt Line na Baltimore a Ohio Railroad (B&O), ktorý bol napojený na New York, stal prvou americkou hlavnou železničnou traťou, ktorá bola elektrifikovaná. Parné lokomotívy sa stiahli na južný koniec elektrifikovanej trate a potom sa pripojili k elektrickým pohonom a prešli tunelami, ktoré obklopovali Baltimore.

Mesto New York bolo jedným z prvých, ktorý zakázal parné motory zo svojich tunelov. V dôsledku kolízie tunela Park Avenue v roku 1902 bolo používanie lokomotív vytvárajúcich dym zakázané južne od rieky Harlem. New York Central Railroad začal používať elektrické lokomotívy do roku 1904. Začiatkom roku 1915 elektrifikovala Chicago, Milwaukee, St. Paul a Pacific Railroad službu cez Skalnaté hory a na západné pobrežie. Do tridsiatych rokov minulého storočia pennsylvánska železnica elektrifikovala celé svoje územie východne od Harrisburgu v Pensylvánii.

S príchodom vlakov poháňaných dieselovým motorom v 30. rokoch a nasledujúcich desaťročiach sa rozširovanie infraštruktúry pre vlaky s elektrickým pohonom spomalilo. Nakoniec by sa však dieselová a elektrická energia kombinovali, aby sa vytvorilo niekoľko generácií elektro-dieselových motorov a hybridy, ktoré využívajú to najlepšie z oboch technológií a ktoré sa stanú štandardom mnohých železníc linky.

V 60. a začiatkom 70. rokov bol značný záujem o možnosť vybudovania osobných vlakov, ktoré by mohli cestovať oveľa rýchlejšie ako konvenčné vlaky. Od 70. rokov 20. storočia sa záujem o alternatívnu vysokorýchlostnú technológiu sústredil na magnetickú levitáciu, alebo maglev, v ktorej automobily jazdia na vzduchovom vankúši vytvorenom elektromagnetickou reakciou medzi palubným zariadením a iným zabudovaným do jeho vodiacej dráhy.

Prvá vysokorýchlostná železnica viedla medzi Japonskom a Tokiom a bola otvorená v roku 1964. Odvtedy sa po celom svete vyrábalo oveľa viac takýchto systémov vrátane Španielska, Francúzska, Nemecka, Talianska, Škandinávie, Belgicka, Južnej Kórey, Číny, Spojeného kráľovstva a Taiwanu. Spojené štáty tiež diskutovali o inštalácii vysokorýchlostnej železnice medzi San Francisco a Los Angeles a na východnom pobreží medzi Bostonom a Washingtonom, D.C.

Elektrické motory a pokroky v technológiách železničnej dopravy dovoľujú ľuďom cestovať rýchlosťou až 320 míľ za hodinu. Ešte väčší pokrok v týchto strojoch je vo vývojových fázach, vrátane rúr Hyperloop, projektovaný tak, aby dosiahol rýchlosť takmer 700 míľ za hodinu, čím dokončil svoju prvú úspešnú skúšobnú jazdu v roku 2007 2017.