铁道车辆第一章

1 概述 1.1 交通工具 1.1.1 引言
交通工具是进行人、物搬运的装置或机器。本书描述的是交通工具中的轨道车辆。交 通工具可按不同的原则进行分类，下图表示了其中一种可能的划分方式。
交通运输
陆地
水运
空运
道路
索道
轨道
传统轨道
铁路 有轨电车 特殊类型:如独轨
非传统轨道
磁浮 汽垫 悬吊
该划分首先按运输空间划分为“海-陆-空”，针对陆地运输又分为道路和轨道，对于轨 道运输将其分为 3 类，其中的传统铁路定义为：车轮具有轮缘的轨道车辆，在具有特定轨距 的线路上，保持导向和牵引运行的运输方式。 1.1.2 交通工具的对比——交通种类的份额
。这种机车是在 1804 年 2 在月南威尔士的 Pen-y-Darren 钢铁厂使用的。他重 8 吨，可 以牵引 10 吨重的五辆车厢，可以装载 70 人，以 8 Km/h 的速度运行。铁路轨道长 14.5 公里。 这种机车重量并没有增加。但由于轨道下没有枕木，路基会出像下沉现象。
1812 年：John Blenkinsops 到 Middleton 煤矿的齿轨铁路建成。（1918.12.8） 1813 年：乔治·斯蒂芬森制造自己的第一辆机车。(Mylord) 1823 年：由斯蒂芬森建立世界上第一个机车厂。 1925 年：斯蒂芬森设计制造了从斯托克顿到达林顿的蒸汽旅客列车（1825.9.27） 1827 年：布德韦斯-林茨建成世界上最长的用马拉车的铁路。 1829 年：，在连接美国巴尔的摩和米尔斯的线路上火箭号机车获得机车比赛的冠军（6 日 10 日 1829）。在连接美国巴尔的摩和米尔斯的线路建成 1830 年：利物浦—曼彻斯特铁路建成。 1835 年：第一条连接在比利时和德国的铁路建成（1835 月 7 日 12 日），英国的铁路里程达 到 720 公里，美国铁路里程大约为 1500 公里。 1837 年至 1839 年：在法国，荷兰，意大利，奥地利和古巴分别拥有了第一台蒸汽机车 欧洲大陆上的铁路 1835 年：梅赫伦—布鲁塞尔（比利时）铁路，纽伦堡—菲尔特铁路（德国，1835 年 7 月 12 日） 1837 年：巴黎圣—圣日耳曼铁路（法国），圣彼得堡—皇村铁路（俄罗斯），凯瑟—费迪南 德—北方铁路（奥地利） 1839 年：那不勒斯—波尔蒂奇铁路（意大利） 1846 年：布达佩斯—Waitzen 铁路（匈牙利） 1847 年：苏黎世—巴登铁路铁路（瑞士） 1848 年：巴塞罗那—马塔罗铁路（西班牙） 1854 年 7 月 17 日。第一条高山铁路，在奥地利的塞默灵铁路动工。 1850：欧洲铁路里程已达 23504 公里。德国为 6044 公里，英国为 10 653 公里，而在美国已 经拥有 14515 公里铁路。
欧盟 15 国货运量完成份额
客运：
欧盟 15 国客运量完成份额（十亿.人.英里）
轿车
公共汽车 铁路
航空
总和
1970
1569
262
216
43
2090
1994
3482
363
270
254
4369
1970-94
+121，9% -38，6%
+3;109%
客运量增加了一倍，增加的主要是轿车和航空领域的客运。铁路行业客运量增加的相对不多。 欧洲 15 国客运量分布比率
1879 年 5 月 31 日。在柏林交易会上维尔纳·西门子展示了第一台电力机车，它是通过滑动 接触供电的。通过钢丝刷 与一个和钢丝刷匹配的钢轨接触供电，而没有携带附加的电池。 其实其他设计师已经制造出了电力机车，1840 年，会计师约翰·菲利普·瓦格纳，1841 年 的苏格兰人罗伯特·戴维森和德国人 Stöhrer，1844 英国人 Little，1851 Farmer & Hall sowie 教授和 Charles Grafton Page。但他们都缺乏一种合适的电源，只有维尔纳·西门子（1867 年）的供电设备，可以在几乎所有的情况下提供相应的电力驱动。 1878 年，德国工程师计划在科特布斯附近的矿井建设一条铁路。但因为订单被取消，电力 机车被送到柏林展览，它有 3 节车厢，运行在一个 300 米长的环形铁轨上。 1872 年至 1882 年瑞士圣哥达铁路一条 15 公里长的隧道建成 1895 年第一条以电力机车为主的铁路：巴尔的摩到俄亥俄铁路建成。 1903 年 6 月 10 日。在柏林轨道上高速铁路电气研究协会在在测试中测得 201Km/h 的速度。 10 月 25 日更是测得了 208Km/h 的速度。
铁路在过去的一百年中在客、货运方面的份额得到快速的增加。这一趋随着城市道路 交通问题的不断增大而显得更加突出，关于这一点在欧盟发表的白皮书中所的分析令人印象 深刻，下列数据就摘自该文件。
货运： 欧盟 15 国货运量（百万吨公里）
公路
铁路
内河航运 管道
总和
1970
431
283
110
66
890
1994
1061
在这里公路和航空所占的份额增加了。 白皮书中认为除了其他原因之外发生上文所讲的变化的原因有： 轨道车辆 与其他运输方式，运输不灵活且不具有成本效益的优势（其他运输方式更灵活和成本较低）。 往往无法反映真实的运输成本（道路运输的成本往往没有代表其真实的成本）。 在各个不同国家之间组织长途运输，存在监管和行政方面的障碍(针对单个国家的运输让步
车股份公司协会。他们首先在图纸上设计了一台 1500 马力内燃机车。1909 年从从普鲁士国 家铁路到一份合同与柏林的机车制造商 博尔西希一起制造一台 1000 马力的柴油动力内燃机 车。该机车进行了一些试验运行采用了一些新的技术，表明在压缩空气起气动和柴油机驱动 的之间过渡过程中还有着很大的技术困难。该机车在战争期间该机车仍在进行了实验，直到 1920 年他们这台机车才放被废弃，从那以后再也没有使用该机车的计划其他措施。 1916 年：9297 公里的从莫斯科到符拉迪沃斯托克的西伯利亚大铁路完工。 1924 年：刚刚执政的苏联总理弗拉基米尔·列宁要求发展内燃机车技术。1924 年的秋天。 两 种 来 自 德 国 的 大 功 率 柴 油 机 车 参 与 了 苏 联 的 竞 标 ： 1200 马 力 的 MAN 机 车 和 Brown-Boveri-Elektrik 机车。1925 年在世界上的制造第一台成功的柴油动力机车，其机车性 能和燃油经济性达到当时最好的蒸汽机车。她很长时间里都是世界上唯一可以正常运行的内 燃机车。 1.3 电车和地铁的发展 1863 年 1 月 10 日世界上第一条地铁系统在伦敦投入运行。建筑商仅仅用了两年的时间就建 成了。伦敦地铁设计思想是基于在市中心尽量避免依靠地面的街道。并且减少机车噪声和蒸 汽的影响。1832 年在纽约第一辆有轨电车投入试运营，他的轨道突出在地面之上，很快就 被损坏了。直到 1853 年纽约市中心到哈林的单轨线路才开始正常运行。伦敦其他线路上的 Isambard Kingdom Brunel 隧道建筑的非常完美。伦敦地铁系统设计空间非常大。隧道横截面 大致呈椭圆形有两条平行的轨道。尅条轨道不仅可以行驶标准轨列车还可以行驶宽轨列车， 因此每条轨道有三条平行的钢轨。 在 1890 盾构法开始用于挖掘隧道，并广泛的建设排气系统和通风烟囱以前，大城市中无法 将蒸汽机车作为主要公共交通工具。隧道内部墙壁地基都是岩石凹凸拼接成的。上方和下方 都铺设了排水管道。轨道被嵌入地面地基中。 这些工程将继续扩大，1863 年计划建成城市内圈线路，1886 年全部完成。整个工程包括通 过市中心的连绵 21 公里的线路，和 27 个车站.der Metropolitan Railway 运营 6.5 公里的线路， die Distrikteisenbahn 运营 12.6 公里的线路，所剩下的有两家公司共同运营。成本是非常高的， 按照 德国马克计算，每公里造价为 7.1 到 23.2 万德国马克（根据 1881 年的购买力），但是 运营商将会支付这部分成本。只经过短时间的怀疑，就有大量的伦敦市民选择使用地铁出行， 因为地铁车站建设宽大、富丽堂皇、很人性化。 1832 年在纽约试运行世界上第一辆电车。 1853 年从纽约到哈林的电车线落成。 1855 年欧洲第一条电车线在巴黎落成。 1867 年在纽约建设高架铁路以缓解道路交通拥堵。 1873 年在圣弗朗西斯科修建缆车线路。 1877 年卡塞尔的 Wilhelmshohe 蒸汽电车线路因为烟雾的原因不得不很快停止运行。 1879 年：维尔纳·西门子展示了第一台电力机车（1879 年 5 月 31 日）。 1881 年：维尔纳·西门子开辟了第一条柏林和巴黎间的电气化铁路线 1884 年里士满（弗吉尼亚州）建成第一条通过通过架设高空线路供电的电车线。 1891 年 19 世纪 80 年代，电车已经很普遍了。 1.4 车辆—支持—引导—驱动 支持：支撑车辆的重量，及垂直方向的有效载荷。 导引：驱动车辆在横向沿着轨道运动得力。 驱动/制动:车辆在 X 方向上运动所必要的力。
铁路运输的优点：
具有巨大的运输量却占用很少的土地空间( 1 : 5–7)。 减少对环境的影响。 减少能源的消耗。 减少相当数量的交通事故受害者。 更高的单位运输量经济效益。 城市轨道交通拥有高效快捷的运输能力。（例如地铁） 高速铁路主要在中等距离（300-1000Km）线路上运行具有很大的优势。 公路运输的优点： 基础设施建设较简单。 几乎可以到达任何地区。 在单位运输量和运输密度较小时利润可以很高。 没有固定的时间表约束。 门到门运输。 1.2 铁路运输的历史
1869 年：穿越北美洲铁路建成。 1870 年 12 月 24 日。经过 13 年建设完成 Germain Sommeiller 铁路线上，Sebastiano Grandis 和 Severino Grattoni 之间长 13.05 公里隧道，其建设难度当时堪称世界第一。 铁路车辆 气压驱动的凿岩机开始投入使用。
在 Marienfelde 到 Zossen 的线路轨道上安装接触网，供给电压 10000 伏，可变频率最高 60Hz 的电流，开始公司采用高压电动机驱动，而后又成功的研制出变压器和低压电动机来联合驱 动。 在普鲁士的黑森州第一台内燃机车上线运行。鲁道夫·狄塞尔（1892）已经开始对这种发动 机进行研究，他认为机车都应该配备这种动力装置。但是直到 1906 年他才开始着手做准备 工作。1907 年他和铁路工程师阿道夫·克洛泽和 机械工程师苏尔寿兄弟一起创立了内燃机