Jak działają pociągi

Jeszcze przed szalonymi pomysłami ludzi takich jak bracia Wright, Henry Ford i Gottlieb Daimler, możliwości podróżowania po mieście i kraju były ograniczone. Brukowane jezdnie nie zawsze przecinały okolicę. Nawet na drogach pojazdy konne wciąż miały problemy z przemieszczaniem ludzi i towarów, zwłaszcza przy złej pogodzie . Już w 1550 roku pragmatyczni Niemcy budowali i wykorzystywali drewniane systemy kolejowe, argumentując, że wozy konne mogą łatwiej i szybciej podróżować po drewnianych szynach niż po drogach gruntowych. Pod koniec XVIII wieku żelazne koła i szyny miały drewniane z jednym u góry.

Ale dopiero w 1797 roku w Anglii wynaleziono lokomotywę parową, kiedy kolej, jaką znamy, zaczęła nabierać kształtu. Stockton & Darlington Railroad Company w Anglii stała się pierwszą publiczną linią kolejową do przewozu pasażerów i towarów. Lokomotywy parowe przewoziły sześć wagonów węglowych i do 450 pasażerów na odległość 9 mil (14 kilometrów) w mniej niż godzinę. Konie po prostu nie mogły tego przebić.

Po drugiej stronie oceanu firma B&O Railroad Company stała się pierwszą amerykańską firmą kolejową w 1827 r. Do 1860 r. kolejarze amerykańscy ułożyli ponad 30 000 mil (48 280 kilometrów) torów, więcej niż na całym świecie [źródło: AAR ]. Koleje służyły jako główny środek transportu i sprawiały, że dostarczanie zaopatrzenia i towarów stało się tanie i łatwe, nawet dla armii Unii i Konfederacji podczas wojny secesyjnej .

Po wojnie secesyjnej amerykańska sieć kolejowa ponownie się rozrosła, aw 1869 r. ukończono pierwszą transkontynentalną linię kolejową. Wzdłuż linii kolejowych powstawały miasta, a kolej przyspieszyła ekspansję na zachód. Na początku XX wieku amerykańskie koleje obsługiwały 254 000 mil (408773 km) torów. Lokomotywy spalinowe zastąpiły parowe.

Jednak w połowie XX wieku rozpoczął się upadek kolei w USA. Rozwinięty system autostrad międzystanowych i rozległe przepisy federalne odbiły się na pociągach. Jednak w trwającym kryzysie energetycznym pociągi, które jeżdżą na oleju napędowym, a czasem nawet na biopaliwie, mogą odzyskać swoją dawną popularność wśród pasażerów, gdy przejdziemy przez XXI wiek.

Nie daj się wykoleić. Trzymaj się, gdy rozmawiamy o technologii pociągów, o tym, jak pociągi przewożą ludzi i towary oraz o tym, co może przynieść przyszłość transportu kolejowego.

1. Cała naprzód: lokomotywy i technologia pociągów
2. Utrzymywanie nas w linii: tory kolejowe
3. Systemy kolei towarowych
4. Systemy kolei pasażerskiej
5. Przyszłość transportu kolejowego

Kiedy mówimy o pociągu, nie mamy na myśli tylko Thomas the Tank Engine. Odnosimy się raczej do całego pakietu: wagonów kolejowych, torów kolejowych, zwrotnic, sygnałów i lokomotywy, chociaż nie wszystkie pociągi polegają na lokomotywach do ich ciągnięcia, ale większość pociągów, o których wspomnimy, tak.

Z lokomotywami na czele podążają połączone wagony, wypełnione towarami i pasażerami, a w niektórych przypadkach nawet zwierzętami cyrkowymi . Tory kolejowe sterują pociągiem i robią kilka innych rzeczy, o których porozmawiamy później. Ponieważ wiele pociągów jeździ po tym samym torze, zwrotnice i sygnalizatory sterują ruchem. Rozbijmy to.

Najedź myszą na etykiety części, aby zobaczyć, gdzie każda z nich znajduje się na silniku wysokoprężnym.

­

Zadaniem lokomotywy jest zamiana energii chemicznej z paliwa (drewna, węgla, oleju napędowego) na energię kinetyczną ruchu. Pierwsze lokomotywy robiły to za pomocą silnika parowego, o którym możesz przeczytać więcej w artykule Jak działa technologia parowa . Lokomotywa parowa przetrwała około stulecia, ale ostatecznie została zastąpiona lokomotywą spalinową , potężnym mechanicznym cudem, który może składać się z gigantycznego silnika wraz z elektrycznymi alternatorami lub generatorami dostarczającymi energię elektryczną do pociągu. W rzeczywistości lokomotywy spalinowe mają swój własny artykuł - Jak działają lokomotywy spalinowe ?. Wiele pociągów przeplata się z wieloma lokomotywami w swoim składzie, aby zwiększyć i rozdzielić moc.

Oprócz lokomotyw parowych i spalinowych, wiele pociągów działa wyłącznie na energię elektryczną. Pobierają energię elektryczną z trzeciej szyny lub linii elektrycznej biegnącej wzdłuż toru. Transformatory przenoszą napięcie z linii, a prąd elektryczny napędza silniki (AC lub DC) na kołach. Lokomotywy elektryczne są używane w metrze i wielu systemach kolei podmiejskich.

Operatorzy kontrolują pociąg za pomocą przepustnicy, biegu wstecznego i hamulca. Przepustnica kontroluje prędkość lokomotywy. Bieg wsteczny umożliwia cofanie lokomotywy. Hamulec pozwala lokomotywie zwolnić i zatrzymać się . Niezależnie od typu lokomotywy używają hamulców pneumatycznych i ręcznych do zatrzymania silnika. Hamulce pneumatyczne wykorzystują powietrze pod wysokim ciśnieniem, aby docisnąć stopę hamulca do koła. Tarcie między klockiem hamulcowym a kołami spowalnia ruchy kół. Operator również przyśpiesza silnik, aby spowolnić pociąg, jak wtedy, gdy zdejmujesz nogę z pedału gazu podczas zatrzymywania samochodu. Mechaniczny hamulec ręczny jest również używany w przypadku awarii hamulców pneumatycznych (zwykle, gdy ciśnienie powietrza jest niewystarczające do ich napędzania).

Wszystkie wagony mają podwozie , które zawiera koła i system zawieszenia do buforowania jazdy. Na każdym końcu podwozia sprzęgi , które są jak haki, łączą samochody.

To, co znajduje się na górze podwozia, zależy od typu wagonu, a jest ich kilka.

Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, co kieruje pociągami podczas ich podróży.

Tory kolejowe prowadzą pociąg, działając jak powierzchnia o niskim współczynniku tarcia, po której porusza się pociąg, i często przenosząc ciężar pociągu na ziemię poniżej. Tor może również dostarczać energię elektryczną wzdłuż trzeciej szyny, jak pamiętasz.

Tor kolejowy składa się z dwóch równoległych stalowych szyn ustawionych w stałej odległości, zwanej skrajnią . Standardowy rozmiar to 1435 milimetrów (4 stopy 8,5 cala). Szyny są połączone ze sobą podkładami kolejowymi ( zwanymi w Europie podkładami), które mogą być wykonane z drewna lub betonu. Szyny są zwykle przykręcane do ściągaczy. Ściągi osadza się w luźnym żwirze lub podsypce . Balast często składa się z luźnych kamieni, które pomagają przenieść obciążenie na leżący poniżej fundament. Krawaty „pływają” na podsypce, a ciężar toru zapewnia ich stabilizację.

Kiedy kolejarze układają tory kolejowe, często używają płaskodennej stalowej szyny, która przypomina stalowe dźwigary z dwuteowników. Szyna ma szeroką podstawę lub stopkę, wąską środnik i główkę (szerszą niż środnik, ale nie tak szeroką jak stopka). Ciężary szyn wahają się od 80 do 160 funtów (36 do 73 kilogramów) na jard, w zależności od rodzaju pociągu poruszającego się po torach i kraju. Segmenty torów kolejowych mogą łączyć się ze sobą za pomocą skręcanych płyt zwanych nakładkami, ale większość nowoczesnych segmentów szynowych jest spawana ze sobą, aby zapewnić płynną jazdę.

Pod szynami tor jest czasami amortyzowany lub balastowany. Fundament może być wykonany z piasku lub betonu. W wielu przypadkach tory kolejowe są wyniesione ponad otaczający grunt i posiadają systemy odwadniające do usuwania wody . Mogą być również otoczone płotami, aby uniemożliwić zwierzętom i ludziom wędrowanie po torach. Wreszcie, pociągi elektryczne będą miały albo trzecią szynę zasilającą, albo zwisające przewody, które dostarczają energię elektryczną.

Tory stalowe mogą być proste lub zakrzywione, aby kierować pociągiem, ponieważ stal łatwo się wygina. W zależności od topografii niektóre zakręty mogą być lekko pochylone lub przechylone, aby pomóc pociągowi utrzymać się na torze podczas pokonywania zakrętu. W różnych punktach toru na torach mogą znajdować się zwrotnice , które mogą przenosić pociąg z jednego toru na drugi. Rozjazdy i tor towarzyszący są ważne dla kontrolowania ruchu. Na przykład, gdy dwa pociągi poruszają się po tym samym torze, zwrotnica może umożliwić jednemu pociągowi wjechanie na tor trzymający, podczas gdy drugi przejedzie. Zwrotnica może również zmienić kierunek pociągu, np. przesunąć go z toru północ-południe na tor wschód-zachód. Na wielu stacjach kolejowych znajdują się rozjazdy , gdzie pociągi są składane i przemieszczane na różne tory.

Wreszcie sygnały wzdłuż torów informują operatorów pociągów o warunkach na drodze. Sygnały kontrolują ruch pociągów, podobnie jak sygnalizacja świetlna kontrolują ruch samochodowy na drogach. Oprócz sygnalizacji wiele lokomotyw posiada radia i terminale komputerowe, które monitorują warunki ruchu na podstawie informacji dostarczanych przez centra sygnalizacji, które są podobne do stacji kontroli ruchu lotniczego .

Teraz, gdy mamy już mechanikę, zobaczmy, jak pasują do siebie, aby przenosić paczki i ludzi.

Wskaźniki pociągu i rydwany

Jednym z popularnych mitów jest to, że standardowa szerokość torów kolejowych była oparta na szerokości rzymskiego rydwanu. To nieprawda, zwłaszcza że Rzymianie nie używali rydwanów do transportu towarów i zaopatrzenia. Standardowa szerokość toru kolejowego wynosząca 4 stopy 8,5 cala (1435 milimetrów) została wybrana przez brytyjskiego wynalazcę George'a Stephensona, który zaprojektował pierwszy system kolejowy. Stephenson współpracował z różnymi liniami kolejowymi używanymi w brytyjskich kopalniach i zdecydował się na to, co jest obecnie standardowym torem.

Koleje są prawdopodobnie najtańszym sposobem transportu towarów drogą lądową. Według Association of American Railroads (AAR), amerykański system pociągów towarowych jest światowym liderem pod względem natężenia ruchu, ilości przewożonego ładunku, przychodów, przystępności cenowej, mil torów i innych środków.

Koleje towarowe w USA obejmują następujące kategorie:

[źródło: URSP ]

Koleje towarowe przewożą wiele rzeczy, ale najczęstszym towarem jest węgiel dla elektrowni (44 procent tonażu i 21 procent przychodów). Główne kategorie to chemikalia, produkty rolne, minerały niemetaliczne, przesyłki mieszane i inne towary. W 2007 roku koleje klasy I przewiozły ponad 1,9 miliarda ton (1,7 miliarda ton metrycznych) towarów i zarobiły około 53 miliardów dolarów. Koleje towarowe zarabiają na wadze ładunku i przebytej odległości. Przemysł wykorzystuje tonomilę jako podstawową jednostkę, a koleje klasy I przewoziły w 2007 r. ponad 1,7 biliona tonomil [źródło: AAR ].

W Stanach Zjednoczonych same przedsiębiorstwa kolejowe są właścicielami torów kolejowych. Dotacje gruntów przez rząd federalny dla kolei w XIX wieku pozwoliły kolejom na posiadanie torów. Co więcej, amerykańskie przedsiębiorstwa kolei towarowej są własnością prywatną i są obsługiwane, bez dotacji rządowych. Podczas gdy koleje są właścicielami niektórych z tysięcy używanych wagonów towarowych, większość z nich posiada firmy samochodowe i inni spedytorzy.

Liderami międzynarodowych kolei towarowych są Stany Zjednoczone, Rosja i Chiny. W przeciwieństwie do Stanów Zjednoczonych europejskie koleje są w większości własnością rządu. Przewożą przede wszystkim pasażerów i, w znacznie mniejszym stopniu, ładunki. Jednak ta konfiguracja się zmienia, a przewożenie ładunków staje się coraz ważniejsze. Europejskie koleje nie zarabiają na przewozie towarów tak dużo, jak ich amerykańskie odpowiedniki. Ich sytuacja wydaje się być podobna do sytuacji w amerykańskich kolejach towarowych przed uchwaleniem ustawy Staggers Rail Act z 1980 roku.

Jednak jeśli chodzi o pasażera, europejskie koleje są miliony metrów dalej, o czym przeczytasz dalej.

Ustawa o kolei z 1980 r.

Przed 1980 r. amerykańskie koleje były ściśle regulowane przez rząd federalny, który między innymi ustalał opłaty, jakie mogą pobierać koleje. W latach 70. koleje były prawie zbankrutowane. Kongres mógłby albo zderegulować koleje, albo je nacjonalizować. Ustawodawcy zdecydowali się na to pierwsze. Ustawa Staggers Rail Act z 1980 r. dała kolejom swobodę określania tras transportu, ustalania stawek za przewóz towarów oraz usprawnienia procedur sprzedaży linii kolejowych. Ustawa określiła maksymalne stawki, jakie mogą pobierać koleje, oraz procedury zapobiegające nadużyciom ze strony przedsiębiorstw kolejowych. Od czasu uchwalenia ustawy koleje stały się bardziej konkurencyjne i znacznie zwiększyły swoje przychody i natężenie ruchu. Wygląda na to, że koleje mogą zarabiać.

­Early on in U.S. train travel, freight railroads offered passenger services, but didn't make much money . In 1970, Congress created Amtrak to take over passenger services from the freight railroad companies. Amtrak operates corridor services amid major urban areas on the East Coast, Midwest and West Coast. It also offers cross-country services.

Amtrak operates on tracks owned by host railroads. In fact, 70 percent of Amtrak routes are owned by Class I freight companies. It serves more than 500 destinations in 46 states. In 2007, Amtrak carried 25.8 million passengers (average of 70,000 passengers on 300 trains daily).

Amtrak receives federal, state and local support in return for offering passenger and commuter services. Despite the government support and increased ridership, Amtrak hasn't turned a profit. In 2007, Amtrak's expenses exceeded its revenues by about $1 billion. One potential reasons for the shortfall is the fact that Amtrak faces steep competition from automobiles and airlines , but more about that later.

­In contrast, European railway systems are devoted primarily to passenger traffic. Most European railways are government-owned. In 1959, the Eurail Group was created to handle the increased tourism load. The organization coordinates and markets passenger rail traffic among 30 European countries. The European network connects most European cities. Eurail's high-speed trains have become competitive with airlines and are more efficient than automobiles.

Russia, China, Korea, Japan and Australia also offer passenger rail service. Each country has an extensive rail network for passenger travel. Furthermore, the European train network is being linked to railways that travel to China, India and Southeast Asia. However, not all countries or continents have established international rail networks. Neither Africa nor Central or South America boast such networks. And while Mexico, Peru, Brazil, South Africa and Morocco have trains, those trains operate on tracks located solely within those countries.

We can't let this page end with mentioning a few of our favorite famous passenger trains.

Will train travel catch on in more than a few select countries? Keep reading to find out.

Planning to See the World by Rail?

Are you thinking about taking a train trip within the United States? You can learn about routes, schedules, and reservations online at Amtrak's home page. If you're bound for Europe, you may want to look up Eurail's passenger routes and schedules, as well as reservations, on the Eurail home page.

­The success of the U.S. freight railroad system has shown that moving goods by rail can be economical, efficient and profitable. Trains are an essential part of a country's infrastructure, so what does their future look like?

Przyszłość transportu kolejowego będzie podyktowana ceną i dostępnością ropy, determinacją rządów w poszukiwaniu alternatywnych sposobów podróżowania oraz publicznym zapotrzebowaniem na ekonomiczny, szybki transport. Na przykład duży pasażerski ruch kolejowy w Europie był częściowo napędzany historycznym precedensem i ceną benzyny . Poprawiła się wraz z rozwojem szybkich pociągów i dedykowanych pasażerskich linii kolejowych.

W Stanach Zjednoczonych pasażerski ruch kolejowy nie przyjął się z kilku powodów:

Jednak wraz ze wzrostem cen ropy Amerykanie będą szukać alternatywnych środków na podróże dalekobieżne, a pociągi są dobrym kandydatem.

Ale przystosowanie amerykańskich kolei do ruchu pasażerskiego nie będzie łatwe. Na przykład podróżni najprawdopodobniej będą chcieli pociągów dużych prędkości, takich jak te w Europie i Japonii. Ale szybkie pociągi są drogie w budowie i utrzymaniu. Najlepiej sprawdzają się również na dedykowanych kolejach pasażerskich. Co więcej, koleje muszą dotrzeć do większej liczby miast i miejsc docelowych niż teraz. Zatem uczynienie kolei główną formą transportu pasażerskiego będzie wymagało inwestycji w rozbudowę i ulepszenie systemów kolejowych. Czy ta ekspansja zostanie dokonana przez rząd, czy firmy prywatne, dopiero się okaże. I prawdopodobnie nie stanie się to, dopóki nie wzrośnie społeczne zapotrzebowanie na pasażerskie przewozy kolejowe.

Nowe technologie, takie jak lewitacja magnetyczna lub pociągi maglev, mogą jeszcze bardziej zwiększyć prędkość pociągu. Te pociągi nie mają kół, ale poruszają się po nadprzewodzących szynach magnetycznych, ale są drogie w budowie i utrzymaniu.

Śledźcie ciekawsze historie o pociągach, takie jak Jak działał wielki napad na pociąg .

Jak poruszają się pociągi?

Jak pociągi jeżdżą po torach?

Czy pociągi elektryczne mają biegi?

Jaka jest odległość między szynami na torze kolejowym?

Jak działa pociąg elektryczny?

Powiązane artykuły

Więcej świetnych linków

­