鐵路自1804年誕生以來，已經(jīng)走過了兩百多年歷史，幾乎貫穿了人類整個近代工業(yè)化歷程。一條條綿延無盡的鋼鐵大動脈，以其龐大的運(yùn)輸能力

鐵路自1804年誕生以來，已經(jīng)走過了兩百多年歷史，幾乎貫穿了人類整個近代工業(yè)化歷程。一條條綿延無盡的鋼鐵大動脈，以其龐大的運(yùn)輸能力，成為世界各大工業(yè)國獲取資源的利器，深刻影響著世界政治經(jīng)濟(jì)格局。伴隨著鐵路的發(fā)展，鐵路機(jī)械的技術(shù)含量和復(fù)雜程度日益提高，已經(jīng)形成年產(chǎn)值高達(dá)上萬億元的的龐大產(chǎn)業(yè)體系。動輒投資數(shù)百億元的高鐵工程，更是各大工業(yè)巨頭激烈爭奪的戰(zhàn)場。風(fēng)馳電掣的高速列車，以其極限性能，摘下世界鐵道工業(yè)的皇冠，甚至成為各大工業(yè)強(qiáng)國夸耀自身技術(shù)實力的“國家名片”。

一 世界鐵路歷史溯源

鐵路起源于英國的“有軌馬車”。早在16世紀(jì)，歐洲的采礦業(yè)逐漸興起，隨著運(yùn)輸量的增加，土質(zhì)路面已經(jīng)難以負(fù)荷。德國人便學(xué)習(xí)古羅馬的經(jīng)驗，率先在哈茲煤礦鋪設(shè)石質(zhì)路面，使得馬拉礦車擺脫了泥濘的土路，得以將大量煤炭從礦井運(yùn)至碼頭。但是這樣做施工量太大，后來改為只在車輪碾過的地方鋪設(shè)兩行石板，也就成了石軌。到1660年，英國紐卡斯?fàn)柛浇拿旱V出現(xiàn)了采用木制軌道的馬拉礦車，使得施工更為便利。1763年，英法七年戰(zhàn)爭結(jié)束后，由于軍需銳減，使得英國鐵價猛跌。礦主為了解決木制軌道容易磨損的問題，便將一層鐵皮釘在木軌上，出現(xiàn)了世界最早的“鐵軌”。但是隨著運(yùn)輸量的增加，蒙鐵皮的木軌，還是不堪重負(fù)。

直至20世紀(jì)初期，英國街頭仍然行駛著馬拉有軌公交車。第一次世界大戰(zhàn)后，隨著汽車、火車、地鐵等現(xiàn)代交通工具的普及，馬車才逐漸退出城市。

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1768年，英國什羅普郡煤溪谷（Coalbrookdale）鐵工廠的老板，看到廠里堆積如山的生鐵，既不能賣出去賺錢，又要占用很多地方，便命人把生鐵澆鑄成鐵板，鋪在工廠的路上，準(zhǔn)備等到鐵價上漲時再賣出去。沒想到這種板式鐵路，竟然在礦區(qū)得到推廣應(yīng)用，后來進(jìn)一步改制成兩根L型角鐵鐵軌卡住車輪，供馬拉礦車行駛。但是角鐵鐵軌存在容易被煤屑、垃圾填塞的問題。1789年，英國土木工程師威廉·杰索普（William Josias，1745-1814），設(shè)計出凸型鐵軌和外輪緣凸出的鑄鐵車輪，在拉夫堡—萊斯特的馬拉鐵路上得到應(yīng)用。這就是現(xiàn)代鐵路的雛形。杰索普后來還發(fā)明了內(nèi)輪緣凸出的鑄鐵車輪和鐵路道岔。（因為外輪緣凸出需要用緊固件鎖緊，而內(nèi)輪緣凸出時，鐵軌自身就能約束車輪位置。）這成為現(xiàn)代鐵路輪軌的標(biāo)準(zhǔn)形式。道岔系統(tǒng)則是無數(shù)工程人員經(jīng)過120年的艱苦探索后發(fā)明的。在木軌時代，車輛要想轉(zhuǎn)換線路，只能靠轉(zhuǎn)車盤。

18世紀(jì)是英國工業(yè)革命的黃金年代，出現(xiàn)了眾多影響人類發(fā)展的重要發(fā)明，其中首推蒸汽機(jī)。1712年，英國德文郡達(dá)特茅斯的鐵器商人托馬斯·紐科門（Thomas Newcomen），制造出活塞式蒸汽機(jī)，并安裝在斯塔福德郡達(dá)德利堡附近的煤礦用于抽水。這臺蒸汽機(jī)缸徑30.48厘米，每分鐘能夠做12次往復(fù)運(yùn)動，功率為5.5馬力。蒸汽抽水機(jī)的出現(xiàn)，使得礦工們得以在煤礦深層開采煤炭。然而紐科門蒸汽機(jī)在發(fā)明初期安裝的并不多，直至1733年，這項發(fā)明專利過期之后，仿制者才增多。紐科門蒸汽機(jī)還有個問題是熱效率低下，需要消耗大量煤炭，這使得它在經(jīng)濟(jì)性上僅適用于煤礦。

1763年，格拉斯哥大學(xué)的技師詹姆斯·瓦特（時年27歲），在商人羅巴克和博爾頓的資助下，開始改進(jìn)紐科門式蒸汽機(jī)。他相繼發(fā)明了分離式冷凝器、可調(diào)節(jié)閥門、汽缸絕熱層、行星式齒輪、平行運(yùn)動連桿機(jī)構(gòu)、離心式調(diào)速器、壓力計等部件，并于1769年制造出第一臺樣機(jī)，其能效比紐科門蒸汽機(jī)提高了5倍以上。這意味著可以節(jié)約大量燃料，提高了蒸汽機(jī)的經(jīng)濟(jì)適用性。1776年3月8日，英國伯明翰，博爾頓-瓦特公司正式成立，開始批量生產(chǎn)蒸汽機(jī)。到1800年，瓦特的專利期滿終止時，已有321臺博爾頓-瓦特蒸汽機(jī)投入使用，總功率5210馬力。其中38%的蒸汽機(jī)用于抽水，剩下的用于為紡織廠、煉鐵爐、面粉廠和其他工業(yè)設(shè)備提供動力。到1825年，英國蒸汽機(jī)數(shù)量達(dá)到1.5萬臺，總功率37.5萬馬力，英國工業(yè)由此進(jìn)入爆發(fā)式成長階段。（這一年為清道光五年，15年后爆發(fā)中英第一次鴉片戰(zhàn)爭。）

蒸汽機(jī)提供的強(qiáng)大動力，推動了英國采礦、鋼鐵、機(jī)械、紡織行業(yè)的興起，也進(jìn)一步刺激了對鐵路運(yùn)輸?shù)男枨蟆Ｓ绕涫遣擅簶I(yè)，工業(yè)擴(kuò)張使得英國的煤炭產(chǎn)量從1700年的300萬噸，增長至1800年的1100萬噸。僅靠馬拉礦車已經(jīng)逐漸難以承擔(dān)如此巨大的運(yùn)輸量。

二 蒸汽列車橫空出世

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1804年2月，英國人理查·特里維西克（RichardTrevithick）制成了世界第一臺蒸汽火車，由此人類邁入鐵路時代。特里維西克于1771年生于英國康沃爾郡一個礦主家庭，排行老六，有5個姐姐。由于家庭影響，他自幼便能接觸到礦井的抽水蒸汽機(jī)。少年時，特里維西克便在蒸汽機(jī)領(lǐng)域嶄露頭角，19歲就在礦上獲得了技術(shù)顧問的職位。當(dāng)時紐科門式蒸汽機(jī)已經(jīng)被瓦特蒸汽機(jī)取代。而瓦特發(fā)明的是低壓蒸汽機(jī)，體積龐大。特里維西克認(rèn)為，如果在汽缸內(nèi)使用高壓蒸汽，就能制造出體積較小的蒸汽機(jī)。這種想法主要受他的鄰居的影響。他的鄰居是當(dāng)時著名的蒸汽機(jī)工程師——威廉·默多克。默多克在瓦特公司工作，他曾在1784年研制出英國第一臺三輪蒸汽汽車，使用高壓蒸汽機(jī)。但是出于商業(yè)利益考慮，瓦特公司一直抵制高壓蒸汽機(jī)，并且用專利訴訟打擊對手。

1797年，特里維西克成為煤礦工程師，并與一位鐵匠女兒結(jié)婚。他開始進(jìn)行高壓蒸汽機(jī)研制，在鑄造廠協(xié)助下，制成第一臺高壓蒸汽裝置“puffers”。為了避開瓦特的專利，他對鍋爐和傳動結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了改進(jìn)。圓柱體鍋爐能夠承受0.34兆帕的壓力，體積比瓦特蒸汽機(jī)小得多，能夠安裝到車體上。特里維西克原本希望能夠用高壓蒸汽機(jī)，取代煤礦使用的瓦特低壓蒸汽機(jī)，但是瓦特公司散布輿論說高壓蒸汽機(jī)不安全，而且礦主們更新設(shè)備的意愿也不高。在飽受挫折后，他轉(zhuǎn)而將高壓蒸汽機(jī)應(yīng)用到運(yùn)輸車輛上。

1801年，特里維西克制造出英國第一臺四輪蒸汽汽車，綽號“Puffing Devil”，這比德國人本茨研制汽油發(fā)動機(jī)汽車要早78年。平安夜那天，他與表弟安德魯·維維安開車出去兜風(fēng)，行駛了八公里之后，到一家飯店喝酒吃飯。結(jié)果停在店外的蒸汽汽車，由于鍋爐里的水燒干，引起了一場大火，將車輛完全燒毀。1802年，特里維西克和他的表弟，共同獲得高壓蒸汽機(jī)的專利，并在什羅普郡煤溪谷鑄造廠，制造了第二臺高壓蒸汽機(jī)。1803年，他們制造出第二輛蒸汽汽車“LondonSteamCarriage”，引起公眾關(guān)注。但這臺汽車在一次表演中因駕駛失誤，撞到了磚墻上，又損壞報廢了。而他在礦里安裝的一臺固定式高壓蒸汽機(jī)，由于鍋爐爆炸造成四人受傷。為了解決安全問題，他在鍋爐上設(shè)置了（鉛鉚釘式）安全閥，當(dāng)溫度過高時，鉛閥熔化便能釋放壓力。

1804年，特里維西克在南威爾士的Pen-y-Darren鑄造廠制成第三臺蒸汽車輛，也是世界第一臺輪軌式蒸汽列車“新城堡號”。該車重4.5噸，能牽引10噸貨物，鍋爐蒸汽壓力為0.294兆帕，鍋爐頂部裝有一個平放的汽缸，旁邊安裝一個大飛輪，借助于它的旋轉(zhuǎn)慣性動力，保持汽缸活塞的往復(fù)運(yùn)動。活塞帶動連桿齒輪，驅(qū)動車頭下的兩組動輪。2月21日，在梅瑟蒂德菲爾的一條運(yùn)河旁，特里維西克親自駕駛著新出廠的蒸汽機(jī)車，牽引著5節(jié)車廂，滿載10噸貨物和70名乘客，沿著16公里長的鑄鐵軌道，以時速3.9公里跑完全程。這就是世界第一次火車運(yùn)行，用了4個小時，比馬車慢得多。由于缺乏競爭優(yōu)勢，特里維西克的蒸汽火車在商業(yè)上一敗涂地。這位天才發(fā)明家，一生飽受挫折。1810年時，他由于承包隧道工程發(fā)生事故而破產(chǎn)。當(dāng)15年后，蒸汽鐵路在英國興起時，他只能眼睜睜地看著英國人將“火車之父”的桂冠，戴到喬治·斯蒂芬遜的頭上。1833年4月22日，特里維西克在貧病交加中死去，連喪葬費(fèi)都是朋友幫著支付的。