轨道交通运输（五）

 1760年，工业革命拉开序幕。英国的James Watt (1736年1月19日 – 1819年8月25日）是工业革命的核心人物。他发明的蒸汽机是整个工业革命的基础。整个英国和世界的其他国家工业各领域的变革都是围绕着蒸汽机，轨道交通也不列外。蒸汽机车的发明和应用，就是工业革命的成功的一个典范。

James Watt

1712 Newcomen steam engine，蒸汽机工作原理图

瓦特（Watt）蒸汽机设计图

在蒸汽机车发明以前，法国的工程师Nicolas-Joseph Cugnot (26 February 1725 – 2 October 1804)。在1769年，首先向人们展示了原始的蒸汽机动力车辆，蒸汽机第一次在交通领域的应用。

Nicolas-Joseph Cugnot (26 February 1725 – 2 October 1804), 和他的蒸汽机车辆

Cugnot蒸汽动力车辆，1769年

Cugnot的蒸汽机和车辆

英国人William Murdoch 曾是一名蒸汽机的工程师，在当时大名鼎鼎的 Boulton & Watt 公司工作，Boulton先生是Watt 先生的合作伙伴，他们的公司Boulton & Watt为世界各地生产蒸汽机。

1784年，William Murdoch, 苏格兰人，在Birmingham制造了一个尺寸不大的蒸汽机车的工作原型，只有一英尺高。说实在的，无论从实用程度，还是创造的时间，Murdoch先生的工作远不及Cugnot先生的成就。但不知为什么，William Murdoch 的历史地位高多了。不知道William Murdoch 的工作与轨道交通有何直接联系。几乎所有有关蒸汽机车的史书都提及William Murdoch。

William Murdoch (Murdock) (21 August 1754 – 15 November 1839)

Murdoch 蒸汽机模型

Murdoch蒸汽机车原理图

从1784年Murdoch的蒸汽机车辆模型到1802年间，近30年，蒸汽机在轨道运输中的应用一直在酝酿之中，其中，英国的William Reynolds，在1787年，提出建造蒸汽机车的设想。美国的John Fitch，在1794年，在图纸上构造了蒸汽机车。直到1804年，一个真正的轨道蒸汽机车才横空出世。英国工程师 Richard Trevithick (13 April 1771 – 22 April 1833)，制造了第一台世界上的轨道蒸汽机车，他最卓越的贡献是制造了第一台高压蒸汽机，并把这台蒸汽机应用到了实际 尺寸的轨道车辆中，是货真价实的蒸汽机车。1804年2月21日，世界上第一台蒸汽机车拉五辆货车（wagon）10吨铁的载重，附加70个人，从Penydarren 铁矿 到 Merthyr-Cardiff 运河全长九英里，以每小时5英里的速度，顺利地抵达目的地。

这次试运，还有一个小故事，Samuel Homfray 是那个时期有名的工业家，他对高压的蒸汽机非常感兴趣，鼓励和支持Trevithick把蒸汽机应用到轨道运输。试车那天，他非常兴奋。Penydarren铁矿的老板Crawshay先生却格外担心蒸汽机车的性能。于是两人下赌500先令，如果火车满载去空载回，就算Homfray先生赢。结果列车顺利到达，却在回程路上气缸漏气，不得不停了一夜修理。老板Crawshay先生为此要悔赌，发生了争议，最后谁赢了这场赌注，不得而知。

Richard Trevithick（13 April 1771 – 22 April 1833）

1981年 根据原始图纸复制的Trevithick蒸汽机车，陈列在英国威尼斯国家博物馆

世界第一台蒸汽机车，英文称为“Coalbrookdale locomotive” 造于1802年

由于当时的铁轨是“Ｌ”形铸铁轨道，承受不了蒸汽机车的重量。所以这蒸汽机车也没有投入到实际运营中。

Trevithick的初始成功，赢的了当地（英国东北部）新城堡地区的煤矿老板和工程师们的支持。那里成为英国蒸汽机车主要的研发中心。Trevithick再接再厉，为其它煤矿连续建造了三台蒸汽机车。其中最后一辆“谁能追上我”号（Catch me who can)建于1808年，用在伦敦表演展示，Trevithick建造了一个演示环形轨道，车速达到当时的最高速度12mph （19km/h)。不过当时的轨道是铸铁的，虽然建环形轨道是为了表演，却成了一个试验场所。试验再次证明铸铁轨道太脆弱，几个星期后，轨道断裂，列车出轨，展览结束了。

“Catch me who can “ 号蒸汽机车，环形展示区。

1812年，Matthew Murray, 使用John Blenkinsop 的专利，成功地制造了 双缸齿条蒸汽机车（twin-cylinder rack locomotive）“Salamanca ” 号。 首先轨道非常特殊，不但带有边缘，而且边缘外侧嵌有齿条结构。另外机车有三对驱动轮，中间的驱动轮和轨道齿条咬合。 机车是为英国的Middleton 铁路公司设计制造的。

在“Salamanca”问世之后，John Blenkinsop 又在1812年下半年，1813年，1815年制造了三台类似的机车，分别命名为“Lord Wellington”, “Prince Regent” 和 “Marquis Wellington”。德国皇家钢铁公司（Royal Iron Foundry）也用Blenkinsop 的专利在1816和1817年 建造两台齿条驱动式蒸汽机车。遗憾的是没有找到这位大师（John Blenkinsop）的画像。可笑的是人们常把Matthew Murray的肖像混为John Blenkinsop。

Matthew Murray (1765 – 20 February 1826)

Salamance号蒸汽机车

齿条驱动蒸汽机车

1813-1814年，“Puffing Billy” 号诞生，它是由 William Hedley和Timothy Hackworth 为 Wylam 煤矿（Colliery ）制作。Hedley是项目负责人，Wylam 的业主是 Blackett先生，当然是投资人。  Hackworth是工程师。“Puffing Billy”号的主要技术特点是，蒸汽机不直接驱动轮对，而是驱动传动轴，然后由传动轴上齿轮驱动车轮轴。由于蒸汽机的几个链接杆，显露在机车上方和侧面。被形象地戏称为“蚂蚱”。蒸汽机车的牵引方式接近现代的机车，称粘着牵引（adhesion），牵引力在车轮和轨道间产生。这与Murray 的 “Salamanca” 齿条牵引截然不同。 “Puffing Billy” 号 被应用在Wylam 煤矿-Lemington（泰恩河）线上运煤。直到1869年退役。原机的“Puffing Billy” 号幸运地被保存下来，现保存在英国国家科学馆。

1815年，William Hedley,和Timothy Hackworth 为 Wylam 煤矿（Colliery ）制造了第二台相同的蒸汽机车“Wylam Dilly”，1862年退役，现陈列在苏格兰科学博物馆。

照片中看到的机车有两对主动轮和两对从动轮 公8个轮子。在机车使用初期，由于机车太重，曾用10个轮子，分散每一轮对的重量（专业用词-轴重）。直到1830年后，高强度轨道引入后，机车有改回原来的8轮。

William Hedley (13 July 1779 – 9 January 1843）

Timothy Hackworth

“Puffing Billy” 号

“Puffing Billy” 号

“Puffing Billy” 号陈列在伦敦英国国家科学博物馆

接下来的是蒸汽机车的先驱是 George Stephenson。有史书把Stephenson先生誉为世界铁路之父，尽管这有些争论，但是蒸汽机车的发明是英国人的骄傲，无可置疑。现在世界上的标准轨距 4 feet 8 1⁄2 英尺(1,435 mm), 就是Stephenson制定的。这章介绍Stephenson在蒸汽机车方面的贡献。

1814年，Stephenson设计了车辆动力机械传动装置，称为Blücher (or Blutcher). 该装置将蒸汽机产生的旋转速度和扭矩传送到轮轴和轮对上。Stephenson也仔细观察和总结了其它公司已经或正在试用的蒸汽机，构想了自己的蒸汽机设计，同时研究了轮轨间的粘着力，确保这粘着力足以牵引货车，而不需齿条结构。在他的努力下，第一台Killingworth蒸汽机车在1814年️7月，开始试运，能够拉以4 mph (6.4 km/h)的速度，牵引30吨的货车。

在1814-1825年间，Stephenson为Killingworth煤矿设计制造了十几台（有记载16台）的台蒸汽机车，被后人称之为 Killingworth蒸汽机车。

1825年9月25日，在由国家投资的公共铁路Stockton and Darlington 铁路开通运营仪式上，Stephenson的蒸汽机车风牵引了一列客货混编的火车驶向终点，向人们展示了蒸汽机车的轨道运输时代已来临！

George Stephenson (9 June 1781 – 12 August 1848

Blücher 车辆齿轮传动装置

Killingworth 蒸汽机车，1814-1825年间制造

Killingworth 蒸汽机车

Stephenson's 蒸汽机车 1825年9月25日 曾在 Stockton and Darlington 铁路开通的仪式上牵引客货混编列车。该机车现陈列在 英国 Darlington 铁路中心博物馆

1829年10月，Stephenson 和他的儿子 Robert Stephenson，带着他们新制造的蒸汽机车“Rocket”号参加一个重要的蒸汽机车比赛，这是铁路历史上著名的“Rainfall Trail”。比赛的目的选出最好的机车作为即将完工的从利物浦（Liverpool）到曼彻斯特（Manchester）铁路的干线机车。5辆机车参加比赛。其中还有Timoth Harckworhde “sans Pareil” 号, John Ericsson 和 John Braithwaite的“Novelty” 号，John Reed Hill 和 Timothy Burstall 的 "Persevere" 号。比赛沿着一英里的轨道，进行前进和倒退的表演。结果只有“Rocket”号完成全程比赛，赢得了这份机车制造合同。从此Stephenson父子公司成为世界著名的蒸汽机车制造厂商，为英国，欧洲，北美洲和世界各地铁路提供蒸汽机车。

Stephenson 的”Rocket“号

Timothy Hackworth 的“Sans Parieil” 号蒸汽机车，

Novelty， build1829 年

Persevere， 1829 年

下一章“蒸汽机车时代”- 从1830年-1960。