Järnvägstransporter - Rail transport

Järnvägstransporter (även kända som tågtransporter ) är ett sätt att överföra passagerare och gods på hjulfordon som körs på räls, som ligger på spår . I motsats till vägtransport , där fordonen körs på en förberedd plan yta, styrs järnvägsfordon ( rullande materiel ) i riktning av de spår som de kör på. Spår består vanligen av stålskenor, installerade på sliprar (ties) uppsättning i ballast , på vilken den rullande materiel, vanligen försedda med metallhjul, rör sig. Andra variationer är också möjliga, till exempel "skivspår", där skenorna är fästa vid ett betongfundament som vilar på en förberedd undergrund.

Karta över världens järnvägsnät ( interaktiv karta )
1500-tals minkärra, ett tidigt exempel på järnvägstransport utan ström
KTT -enheten driver Guangdong Through Train -tjänsten på Guangshen -järnvägen , som används av MTR Corporation , ett exempel på modern järnvägstransport
Den SL Hitoyoshi ånga -hauled utflykt tåg drifts mellan Kumamoto och Hitoyoshi i Kyushu , Japan

Rullande materiel i ett järnvägstransportsystem möter i allmänhet lägre friktionsmotstånd än gummitrötta fordon, så passagerar- och godsvagnar (vagnar och vagnar) kan kopplas till längre tåg . Den operationen genomförs av ett järnvägsföretag , som ger transport mellan tågstationer eller gods kundanläggningar. Ström tillhandahålls av lok som antingen drar elkraft från ett järnvägselektrifieringssystem eller producerar sin egen kraft, vanligtvis med dieselmotorer eller historiskt sett ångmotorer . De flesta spår åtföljs av ett signalsystem . Järnvägar är ett säkert landtransportsystem jämfört med andra transportformer. Järnvägstrafiken är i stånd att höga nivåer av passagerare och gods utnyttjande och energieffektivitet, men är ofta mindre flexibel och mer kapital -intensiva än vägtransporter, när lägre trafiken beaktas.

De äldsta kända järnvägarna från människa/djur går tillbaka till 600-talet f.Kr. i Korint , Grekland . Järnvägstransporter började sedan i mitten av 1500-talet i Tyskland i form av hästdrivna linbanor och vagnar . Modern järnvägstransport började med den brittiska utvecklingen av ångloket i Merhyr Tydfil när Richard Trevithick körde ett ånglok och lastade vagnar mellan Penydarren Ironworks och Abercynon 1802. Därmed är järnvägssystemet i Storbritannien det äldsta i världen. Locomotion nr 1 byggdes av George Stephenson och hans son Roberts företag Robert Stephenson and Company och är det första ångloket som transporterar passagerare på en allmän järnvägslinje, Stockton och Darlington Railway 1825. George Stephenson byggde också det första allmänna loket mellan stadens järnvägslinje i världen för att endast använda ånglok, Liverpool och Manchester Railway som öppnade 1830 . Med ångmotorer kunde man bygga huvudlinjer, som var en nyckelkomponent i den industriella revolutionen . Järnvägarna minskade också kostnaderna för frakt och möjliggjorde färre förlorade varor jämfört med vattentransporter, som ibland mötte fartygssänkningar. Förändringen från kanaler till järnvägar tillät "nationella marknader" där priserna varierade väldigt lite från stad till stad. Spridningen av järnvägsnätet och användningen av järnvägstidtabeller ledde till standardisering av tid (järnvägstid) i Storbritannien baserat på Greenwich Mean Time. Innan detta varierade större städer sin lokala tid i förhållande till GMT. Uppfinningen och utvecklingen av järnvägen i Storbritannien var en av 1800 -talets viktigaste tekniska uppfinningar. Världens första underjordiska järnväg, Metropolitan Railway (en del av London Underground ), öppnade 1863.

På 1880 -talet infördes elektrifierade tåg, vilket ledde till elektrifiering av spårvägar och snabba transiteringssystem. Från och med 1940 -talet fick de icke -elektrifierade järnvägarna i de flesta länder sina ånglok ersatta med dieselelektriska lok, varvid processen nästan var klar på 2000 -talet. Under 1960 - talet infördes elektrifierade höghastighetsjärnvägssystem i Japan och senare i vissa andra länder. Många länder håller på att ersätta diesellok med elektriska lok, främst på grund av miljöhänsyn, ett anmärkningsvärt exempel är Schweiz , som har elektrifierat sitt nät helt. Andra former av guidad marktransport utanför de traditionella järnvägsdefinitionerna, såsom monorail eller maglev , har prövats men har sett begränsad användning.

Efter en nedgång efter andra världskriget på grund av konkurrens från bilar och flygplan har järnvägstransporter hade en nypremiär under de senaste decennierna på grund av trafikstockningar och stigande bränslepriser, samt regeringar investerar i järnväg som ett sätt att minska koldioxid 2 utsläppen i oro över global uppvärmning .

Historia

Järnvägstransportens historia började i förhistorisk tid.

Forntida system

Bevis tyder på att det fanns 6 till 8,5 km lång Diolkos asfalterad bana, som transporterade båtar över Isthmus i Korinth i Grekland från cirka 600 f.Kr. Hjulbilar som drogs av män och djur sprang i spår i kalksten , vilket gav spårelementet och hindrade vagnarna från att lämna den avsedda rutten. Diolkos användes i över 650 år, fram till minst 1: a århundradet e.Kr. Asfalterade banor byggdes också senare i romerska Egypten .


I Kina har en järnväg upptäckts i sydvästra Henan -provinsen nära Nanyang. Den koldaterades till att vara cirka 2200 år gammal, från Qin-dynastin. Rälsen var gjorda av hårt trä och behandlade mot korrosion, medan järnvägsbanden var gjorda av trä som inte var behandlat och sedan har ruttnat. Qin -järnvägen var utformad för att låta hästar galoppera vidare till nästa järnvägsstation, där de skulle bytas ut mot en ny häst. Järnvägen är teoretiserad för att ha använts för transport av varor till frontlinjerna och för att fixa Kinesiska muren.

Moderna system för ånga

Träskenor introducerade

Reisszug 2011

År 1515 skrev kardinal Matthäus Lang en beskrivning av Reisszug , en linbana vid Hohensalzburg -fästningen i Österrike. Den linje som används ursprungligen trä skenor och en hampa godstransporter rep och drevs av människo- eller djurkraft, genom en EKORREHJUL . Linjen finns fortfarande och är i drift, men i uppdaterad form och är möjligen den äldsta operativa järnvägen.

Minecart visas i De Re Metallica (1556). Styrstiftet passar i ett spår mellan två träplankor.

Vagnbanor (eller spårvägar ) som använde trälister, dragna av hästar, började dyka upp på 1550 -talet för att underlätta transporten av malmkar till och från gruvor och blev snart populärt i Europa. En sådan operation illustrerades i Tyskland 1556 av Georgius Agricola i hans verk De re metallica . Denna linje använde "Hund" -vagnar med obefläckade hjul som körs på träplankor och en vertikal stift på lastbilen som passade in i springan mellan plankorna för att hålla den på rätt väg. Gruvarbetarna kallade vagnarna Hunde ("hundar") från bullret de gjorde på spåren.

Det finns många referenser till deras användning i Centraleuropa på 1500 -talet. Ett sådant transportsystem användes senare av tyska gruvarbetare i Caldbeck , Cumbria , England, kanske från 1560 -talet. En vagn byggdes vid Prescot , nära Liverpool , någon gång runt 1600, möjligen redan 1594. Linjen ägdes av Philip Layton och förde kol från en grop nära Prescot Hall till en terminal cirka 800 m bort. En linbana gjordes också vid Broseley i Shropshire någon tid före 1604. Denna bar kol för James Clifford från hans gruvor ner till floden Severn för att lastas på pråmar och transporteras till flodstäder. Den Wollaton Wagonway , som blev färdig 1604 av Huntingdon Beaumont har ibland felaktigt nämnts som den tidigaste brittiska järnvägen. Den sprang från Strelley till Wollaton nära Nottingham .

Den Middleton Railway i Leeds , som byggdes 1758, blev senare världens äldsta operativa järnväg (andra än bergbanor), om än nu i en uppgraderad formulär. År 1764 byggdes den första järnvägen i Amerika i Lewiston, New York .

Metallskenor introducerade

I slutet av 1760 -talet började Coalbrookdale Company fixa plåtar av gjutjärn på träskenans övre yta. Detta gjorde det möjligt att använda en variation av mätare . Först kunde endast ballongslingor användas för svarvning, men senare togs rörliga punkter i bruk som gjorde det möjligt att byta.

En kopia av en "Little Eaton Tramway" -vagn, spåren är tallrikar

Ett system introducerades där opartade hjul körde på L-formade metallplattor-dessa blev kända som plattor . John Curr , en Sheffield colliery manager, uppfann denna flänsade skena 1787, även om det exakta datumet för detta är omtvistat. Plåtskenan togs upp av Benjamin Outram för vagnar som betjänade hans kanaler och tillverkade dem på hans Butterley -järnverk . 1803 öppnade William Jessop Surrey Iron Railway , en dubbelspårig platta, som felaktigt ibland nämns som världens första offentliga järnväg, i södra London.

Gjutjärn fishbelly edge rail tillverkad av Outram vid Butterley Company järnverk för Cromford och High Peak Railway (1831). Dessa är släta kanter för hjul med flänsar.

Under tiden hade William Jessop tidigare framgångsrikt använt en form av all-iron edge rail och flänsade hjul för en förlängning av Charnwood Forest Canal i Nanpantan , Loughborough , Leicestershire 1789. År 1790 började Jessop och hans partner Outram tillverka kantskenor . Jessop blev partner i Butterley Company 1790. Den första offentliga kantlinjen (alltså också den första allmänna järnvägen) som byggdes var Lake Lock Rail Road 1796. Även om linjens främsta syfte var att transportera kol, transporterade den också passagerare.

Dessa två system för konstruktion av järnvägar, "L" -plåtskenan och den släta kantskenan, fortsatte att existera sida vid sida tills långt in i början av 1800-talet. Det flänsade hjulet och kantskenan bevisade så småningom sin överlägsenhet och blev standarden för järnvägar.

Gjutjärn som används i skenor visade sig vara otillfredsställande eftersom det var sprött och gick sönder under tung belastning. Den smidesjärn uppfanns av John Birkinshaw 1820 ersätts gjutjärn. Smidesjärn (vanligtvis helt enkelt kallat "järn") var ett segt material som kunde genomgå avsevärd deformation innan det gick sönder, vilket gjorde det mer lämpligt för järnskenor. Men järn var dyrt att tillverka tills Henry Cort patenterade pölprocessen 1784. År 1783 patenterade Cort också rullningsprocessen , som var 15 gånger snabbare att konsolidera och forma järn än att slå. Dessa processer sänkte kraftigt kostnaden för att producera järn och skenor. Nästa viktiga utveckling inom järnproduktionen var hot blast som utvecklats av James Beaumont Neilson (patenterad 1828), vilket avsevärt minskade mängden koks (bränsle) eller kol som behövs för att producera råjärn. Smidesjärn var ett mjukt material som innehöll slagg eller dross . Mjukheten och droppen tenderade att göra att järnskenor förvrängs och delamineras och de varade mindre än 10 år. Ibland varade de så lite som ett år under hög trafik. All denna utveckling i produktionen av järn ledde så småningom till att kompositträ/järnskenor ersattes med överlägsna järnskenor.

Införandet av Bessemer -processen , som gjorde att stål kunde tillverkas på ett billigt sätt, ledde till en tid med stor expansion av järnvägar som började i slutet av 1860 -talet. Stålskenor varade flera gånger längre än järn. Stålskenor möjliggjorde tyngre lok, vilket möjliggjorde längre tåg och förbättrade produktiviteten på järnvägar. Bessemer -processen införde kväve i stålet, vilket fick stålet att bli skört med åldern. Den öppna härdugnen började ersätta Bessemer -processen nära slutet av 1800 -talet, vilket förbättrade stålkvaliteten och minskade kostnaderna ytterligare. Således ersatte stål helt användningen av järn i skenor och blev standard för alla järnvägar.

Det första passagerar horsecar eller spårvagn , Swansea och Mumbles Railway öppnades mellan Swansea och Mumbles i Wales 1807. Hästar förblev föredraget läge för spårvagn transport även efter ankomsten av ångmaskiner fram till slutet av den 19: e århundradet, eftersom de var renare jämfört till ångdrivna spårvagnar som orsakade rök på stadens gator.

Ångkraft introducerad

År 1784 patenterade James Watt , en skotsk uppfinnare och maskiningenjör, en design för ett ånglok . Watt hade förbättrat ångmotorn från Thomas Newcomen , som hittills använts för att pumpa vatten ur gruvor, och utvecklade en fram- och återgående motor 1769 som kunde driva ett hjul. Detta var en stor stillastående motor , drivande bomullsbruk och en mängd olika maskiner; pannteknikens tillstånd krävde användning av lågtrycksånga som verkar på ett vakuum i cylindern, vilket krävde en separat kondensor och en luftpump . När konstruktionen av pannor förbättrades undersökte Watt dock användningen av högtrycksånga som verkar direkt på en kolv, vilket ökar möjligheten för en mindre motor som kan användas för att driva ett fordon. Efter hans patent producerade Watts anställd William Murdoch en arbetsmodell av en självgående ångvagn under det året.

En kopia av Trevithicks motor på National Waterfront Museum , Swansea

Den första fullskaliga arbetsjärnvägs ånglok byggdes i Storbritannien 1804 av Richard Trevithick , en brittisk ingenjör född i Cornwall . Detta använde högtrycksånga för att driva motorn med ett slag. Transmissionssystemet använde ett stort svänghjul för att jämna ut kolvstångens verkan. Den 21 februari 1804 ägde världens första ångdrivna järnvägsresa rum när Trevithicks namnlösa ånglok drog ett tåg längs spårvägen i Penydarren- järnverket nära Merthyr Tydfil i södra Wales . Trevithick demonstrerade senare ett lok som körde på ett stycke cirkulärt järnvägsspår i Bloomsbury , London, Catch Me Who Can , men kom aldrig längre än experimentsteget med järnvägslok, inte minst för att hans motorer var för tunga för gjutjärnspårbanan sedan i bruk.

Den Salamanca lok

Den första kommersiellt framgångsrika ånglok var Matthew Murray s rack lok Salamanca byggt för Middleton Railway i Leeds 1812. Denna tvåcylindrig lok var tillräckligt lätt för att inte bryta de kantskenorna spåra och löste problemet med vidhäftning av en cog- hjul med tänder gjutna på sidan av en av skenorna. Således var det också den första rackjärnvägen .

Detta följdes 1813 av loket Puffing Billy som byggdes av Christopher Blackett och William Hedley för Wylam Colliery Railway, det första framgångsrika loket som endast körde med vidhäftning . Detta uppnåddes genom fördelningen av vikten mellan ett antal hjul. Puffing Billy visas nu på Science Museum i London och är det äldsta loket som finns.

The Locomotion på Darlington Railway Center and Museum

År 1814 övertalade George Stephenson , inspirerad av de tidiga loken i Trevithick, Murray och Hedley, chefen för Killingworth- collieriet där han arbetade för att låta honom bygga en ångdriven maskin. Stephenson spelade en central roll i utvecklingen och utbredd användning av ångloket. Hans konstruktioner förbättrades avsevärt i arbetet med de tidigare pionjärerna. Han byggde loket Blücher , även en framgångsrik fläns -wheel vidhäftning loket. År 1825 byggde han lokomotivet Locomotion för Stockton och Darlington Railway i nordöstra England, som blev den första offentliga ångbanan i världen 1825, även om den använde både hästkraft och ångkraft på olika körningar. 1829 byggde han loket Rocket , som kom in och vann Rainhill Trials . Denna framgång ledde till att Stephenson etablerade sitt företag som den främsta byggaren av ånglok för järnvägar i Storbritannien och Irland, USA och stora delar av Europa. Den första allmänna järnvägen som bara använde ånglok hela tiden var Liverpool och Manchester Railway , byggd 1830.

Ångkraft fortsatte att vara det dominerande kraftsystemet på järnvägar runt om i världen i mer än ett sekel.

Elektrisk kraft introducerad

Det första kända elloket byggdes 1837 av kemisten Robert Davidson från Aberdeen i Skottland och drivs av galvaniska celler (batterier). Således var det också det tidigaste batterielektriska loket. Davidson byggde senare ett större lokomotiv vid namn Galvani , utställt på Royal Scottish Society of Arts Exhibition år 1841. Fordonet med sju ton hade två direktdrivna motvillighetsmotorer , med fasta elektromagneter som verkar på järnstänger fästa vid en träcylinder på varje axel, och enkla kommutatorer . Den drog en last på sex ton i fyra miles i timmen (6 kilometer i timmen) för en sträcka på en och en halv mil (2,4 kilometer). Den testades på Edinburgh- och Glasgow -järnvägen i september året därpå, men den begränsade effekten från batterier förhindrade dess allmänna användning. Det förstördes av järnvägsarbetare, som såg det som ett hot mot deras arbetssäkerhet.

Spårvagn Lichterfelde, 1882
Järnväg på 1890 -talet i Helsingfors , Finland

Werner von Siemens demonstrerade en elektrisk järnväg 1879 i Berlin. Världens första elektriska spårvagnslinje, Gross-Lichterfelde Tramway , öppnade i Lichterfelde nära Berlin , Tyskland, 1881. Den byggdes av Siemens. Spårvagnen körde på 180 volt DC, som levererades av räls. År 1891 var banan utrustad med en luftledning och linjen förlängdes till Berlin-Lichterfelde West station . Den Volk Electric Railway öppnade 1883 i Brighton , England. Järnvägen är fortfarande i drift, vilket gör den till den äldsta operativa elektriska järnvägen i världen. Även 1883 öppnade spårvagnen Mödling och Hinterbrühl nära Wien i Österrike. Det var den första spårvagnslinjen i världen med reguljär trafik från en luftledning. Fem år senare, i USA, var elektriska vagnar pionjär 1888 på Richmond Union Passenger Railway , med hjälp av utrustning designad av Frank J. Sprague .

Baltimore & Ohio elmotor

Den första användningen av elektrifiering på en huvudlinje var på en fyra mils del av Baltimore Belt Line i Baltimore och Ohio Railroad (B&O) 1895 som förbinder huvuddelen av B&O till den nya linjen till New York genom en serie tunnlar runt kanterna i Baltimores centrum. Elektricitet blev snabbt den valda strömförsörjningen för tunnelbanor, som stöds av Spragues uppfinning av tågstyrning med flera enheter 1897. I början av 1900-talet elektrifierades de flesta gatubanorna.

Skiss som visar ett tiotal människor som står på en underjordisk järnvägsplattform med ett tåg som står vid perrongen.  Flera fler människor är synliga inuti tåget, som har orden "Baker St" synlig på sidan.
Passagerare som väntar på att gå ombord på ett tunnelbanetåg i London Underground i början av 1900 -talet (skiss av okänd konstnär)

Den Londons tunnelbana , världens äldsta tunnelbana, öppnade 1863, och det började att fungera elektriska tjänster med hjälp av en fjärde järnvägssystemet år 1890 på City och södra London järnväg , nu en del av Londons tunnelbana norra linjen . Detta var den första stora järnvägen som använde elektrisk dragkraft . Världens första elektriska järnväg på djup nivå, den går från City of London , under Themsen , till Stockwell i södra London.

Maschinenfabrik Oerlikons första kommersiellt AC-drivna lok, spårvägen i Lugano, Schweiz , 1896

Det första praktiska AC -loket designades av Charles Brown och arbetade sedan för Oerlikon , Zürich. År 1891 hade Brown demonstrerat långdistans kraftöverföring med hjälp av trefas växelström mellan en vattenkraftverk vid Lauffen am Neckar och Frankfurt am Main West, ett avstånd på 280 km. Med hjälp av erfarenhet han hade fått när han arbetade för Jean Heilmann på ångelektriska lokdesigner, observerade Brown att trefasmotorer hade ett högre effekt / viktförhållande än likströmsmotorer och, på grund av frånvaro av en kommutator , var enklare att tillverka och underhålla. Men de var mycket större än DC-motorer av tiden och kunde inte monteras i golv boggier : de kunde endast utföras inom lok kroppar.

År 1894 utvecklade den ungerska ingenjören Kálmán Kandó en ny typ av 3-fas asynkrona elektriska drivmotorer och generatorer för elektriska lok. Kandós tidiga 1894-mönster applicerades först i en kort trefas AC-spårväg i Évian-les-Bains (Frankrike), som byggdes mellan 1896 och 1898.

År 1896 installerade Oerlikon det första kommersiella exemplet på systemet på spårvägen Lugano . Varje 30-ton lok hade två 110 kW (150 hk) motorer som drivs av trefas 750 V 40 Hz matade från dubbla luftledningar. Trefasmotorer körs med konstant hastighet och ger regenerativ bromsning , och är väl lämpade för brant graderade vägar, och de första huvudlinjens trefaslok levererades av Brown (då i samarbete med Walter Boveri ) 1899 den 40 km Burgdorf – Thun linje , Schweiz.

En prototyp av ett Ganz AC ellok i Valtellina, Italien, 1901

Italienska järnvägar var de första i världen som introducerade elektrisk dragkraft för hela längden på en huvudlinje snarare än en kort sträcka. 106 km Valtellina -linjen öppnades den 4 september 1902, designad av Kandó och ett team från Ganz -verken. Det elektriska systemet var trefas vid 3 kV 15 Hz. År 1918 uppfann och utvecklade Kandó den roterande fasomvandlaren , vilket gjorde det möjligt för elektriska lok att använda trefasmotorer medan de levererades via en enda overheadtråd, som bär den enkla industriella frekvensen (50 Hz) enfas växelström i de nationella högspänningsnäten.

Ett viktigt bidrag till det bredare antagandet av AC -drag kom från SNCF i Frankrike efter andra världskriget. Företaget genomförde försök med AC 50 Hz och fastställde det som en standard. Efter SNCFs framgångsrika försök antogs 50 Hz, nu även kallad industriell frekvens som standard för huvudlinjer över hela världen.

Dieselkraft introducerad

Diagram över Priestman Oil Engine från ångmotorn och gas- och oljemotorer (1900) av John Perry

De tidigaste registrerade exemplen på en förbränningsmotor för järnvägsanvändning inkluderade en prototyp designad av William Dent Priestman , som undersöktes av Sir William Thomson 1888 som beskrev den som en "[Priestman oljemotor] monterad på en lastbil som arbetar på en tillfällig räls för att visa anpassningen av en petroleummotor för lok. " . År 1894 användes en 20 hk (15 kW) tvåaxlig maskin byggd av Priestman Brothersskrovdockorna .

1906 grundade Rudolf Diesel , Adolf Klose och ång- och dieselmotortillverkaren Gebrüder Sulzer Diesel-Sulzer-Klose GmbH för att tillverka dieseldrivna lok. Sulzer hade tillverkat dieselmotorer sedan 1898. Preussiska statens järnvägar beställde ett diesellok från företaget 1909. Världens första dieseldrivna lok kördes sommaren 1912 på järnvägen Winterthur-Romanshorn i Schweiz, men var inte ett kommersiell framgång. Lokets vikt var 95 ton och effekten var 883 kW med en maxhastighet på 100 km/h. Ett litet antal prototypdiesellok tillverkades i ett antal länder under mitten av 1920-talet.

Schweizisk och tysk samproduktion: världens första funktionella diesel-elektriska järnvägsvagn 1914

En betydande genombrott inträffade i 1914, då Hermann Lemp , en General Electric elektrisk ingenjör, utvecklat och patenterat en tillförlitlig likström elektriskt styrsystem (senare förbättringar har också patenterats av Lemp). Lemps design använde en enda spak för att styra både motor och generator på ett samordnat sätt och var prototypen för alla dieselelektriska lokomotivstyrsystem . År 1914 producerades världens första funktionella diesel – elektriska järnvägsvagnar för Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen ( Royal Saxon State Railways ) av Waggonfabrik Rastatt med elektrisk utrustning från Brown, Boveri & Cie och dieselmotorer från Swiss Sulzer AG . De klassificerades som DET 1 och DET 2 ( de.wiki ). Den första regelbundna användningen av dieselelektriska lok var i växlingsapplikationer . General Electric producerade flera små växellok på 1930-talet (den berömda " 44-tons " växeln introducerades 1940) Westinghouse Electric och Baldwin samarbetade för att bygga växellok från 1929.

År 1929 blev Canadian National Railways den första nordamerikanska järnvägen som använde dieslar i huvudtjänst med två enheter, 9000 och 9001, från Westinghouse.

Höghastighetsjärnväg

Även om ång- och dieseltjänster som uppnådde hastigheter upp till 200 km/h startades före 1960 -talet i Europa, var de inte särskilt framgångsrika.

0-serien Shinkansen , som introducerades 1964, utlöste intercoms tågresor.

Den första elektrifierade höghastighetsbanan Tōkaidō Shinkansen introducerades 1964 mellan Tokyo och Osaka i Japan. Sedan dess har höghastighetstågtransporter , som fungerar med hastigheter upp till och över 300 km/h, byggts i Japan, Spanien, Frankrike, Tyskland, Italien, Folkrepubliken Kina, Taiwan (Kina), Storbritannien , Sydkorea , Skandinavien , Belgien och Nederländerna . Konstruktionen av många av dessa linjer har resulterat i den dramatiska nedgången i kortdistansflyg och biltrafik mellan anslutna städer, såsom korridoren London – Paris – Bryssel, Madrid – Barcelona, ​​Milano – Rom – Neapel, liksom många andra stora linjer.

Höghastighetståg kör normalt på standardspår av kontinuerligt svetsad rälsgraderad vägkörning som har en stor svängradie i sin konstruktion. Medan höghastighetsjärnväg oftast är utformad för passagerarresor, erbjuder vissa höghastighetssystem också godsservice.

Bevarande

Sedan 1980 har järnvägstransporter förändrats dramatiskt, men ett antal kulturarv fortsätter att fungera som en del av den levande historien för att bevara gamla järnvägslinjer.

Tåg

Ett tåg är en sammankopplad serie järnvägsfordon som rör sig längs spåret. Framdrivning för tåget tillhandahålls av ett separat lok eller från enskilda motorer i självgående flera enheter. De flesta tåg har en intäktsbelastning, även om det finns intäktsbilar för järnvägens eget bruk, till exempel för underhållsvägar . Den motor förare (ingenjör i Nordamerika) styr lokomotiv eller andra kraft bilar, även om människor movers och några snabba transite är under automatisk styrning.

Åkeri

Ryska 2TE10U dieselelektriska lok

Traditionellt dras tåg med ett lok. Detta innebär att ett eller flera drivna fordon är placerade på framsidan av tåget, vilket ger tillräcklig dragkraft för att dra hela tågets vikt. Detta arrangemang är fortfarande dominerande för godståg och används ofta för persontåg. Ett push -pull -tåg har den slutliga personbilen utrustad med en förarhytt så att motorföraren kan fjärrstyra loket. Detta gör det möjligt att ta bort ett av det lokomotivförda tågets nackdelar, eftersom loket inte behöver flyttas till tågets framsida varje gång tåget ändrar riktning. En järnvägsvagn är ett fordon som används för att transportera antingen passagerare eller gods.

En multipel enhet har drivna hjul genom hela tåget. Dessa används för snabba transiteringar och spårvagnssystem, liksom många både korta och långa passagerartåg. En järnvägsvagn är en enda, självdriven bil och kan drivas elektriskt eller drivas av en dieselmotor . Flera enheter har en förarhytt i varje ände av enheten och utvecklades efter förmågan att bygga elmotorer och motorer som är tillräckligt små för att passa under vagnen. Det finns bara ett fåtal godstransporter, varav de flesta är höghastighetståg.

Drivkraft

Ånglok är lok med en ångmotor som ger vidhäftning. Kol , petroleum eller ved bränns i en eldstad , kokande vatten i pannan för att skapa ånga under tryck. Ångan passerar genom rökboxen innan den lämnar via skorstenen eller rökstapeln. I processen, det driver en kolv som genom att överföra ström direkt genom en vevstake (US: huvudstav) och en vevtapp (US: wristpin) på drivhjulet (US huvudsakliga drivkraften) eller till en vev på en drivande axel. Ånglok har fasats ut i de flesta delar av världen av ekonomiska och säkerhetsmässiga skäl, även om många bevaras i fungerande skick av kulturarv .

Elektriska lok drar ström från en stationär källa via en overheadtråd eller tredje skena . Vissa använder också eller istället ett batteri . I lokomotiv som drivs med hög spänning växelström , en transformator i rörelse konverterar den höga spänningen, låg strömström till låg spänning, hög ström som används i de drivmotorer som driver hjulen. Moderna lok kan använda trefas växelströmsmotor eller likströmsmotorer . Under vissa förhållanden är elektriska lok det mest kraftfulla dragkraften. De är också de billigaste att köra och ger mindre buller och ingen lokal luftförorening. De kräver emellertid höga kapitalinvesteringar både för luftledningarna och den stödjande infrastrukturen, liksom den produktionsstation som behövs för att producera el. Följaktligen används elektrisk dragkraft på stadssystem, linjer med hög trafik och för höghastighetståg.

Diesellok använder en dieselmotor som drivkraft . Energitransmissionen kan vara antingen dieselelektrisk , dieselmekanisk eller dieselhydraulisk men dieselelektrisk är dominerande. Elektrodiesellok är konstruerade för att köras som dieselelektriska på icke elektrifierade sektioner och som elektriska lok på elektrifierade sektioner.

Alternativa metoder för drivkraft inkluderar magnetisk svävning , hästdrag, kabel , gravitation, pneumatik och gasturbin .

Persontåg

Invändig vy av det övre däcket på en VR InterCity2 vagn med dubbeldäck

Ett persontåg färdas mellan stationer där passagerare kan gå ombord och av. Tågets tillsyn är en vakt/tågchef/konduktörs plikt . Persontåg är en del av kollektivtrafiken och utgör ofta stammen av tjänsten, med bussar som matar till stationer. Persontåg tillhandahåller långväga intercityresor, dagliga pendlarresor eller lokala stadstransittjänster, som körs med en mängd olika fordon, körhastigheter, krav på rätt väg och servicefrekvens. Tjänstefrekvenser uttrycks ofta som ett antal tåg per timme (tph). Persontåg kan vanligtvis vara av två typer av trafik, intercity järnväg och intracity transit. Medan intercity -järnvägen involverar högre hastigheter, längre rutter och lägre frekvens (vanligtvis schemalagda), innebär intracity -transitering lägre hastigheter, kortare rutter och högre frekvens (särskilt under högtider).

Invändig vy av ett höghastighetståg, tillverkat i Kina

Intercitytåg är fjärrtåg som kör med få hållplatser mellan städer. Tåg har vanligtvis bekvämligheter som en matbil . Vissa linjer erbjuder också övernattningstjänster med sovande bilar . Vissa fjärrtåg har fått ett specifikt namn . Regionala tåg är medeldistanståg som förbinder städer med avlägsna omgivningar eller ger en regional tjänst, gör fler stopp och har lägre hastigheter. Pendeltåg betjänar förorter till stadsområden och erbjuder daglig pendeltjänst . Flygplatsens järnvägsförbindelser ger snabb åtkomst från stadens centrum till flygplatser .

Den VR Class Sm3 Pendolino höghastighetståg vid Centralstationen i Tammerfors , Finland

Höghastighetståg är speciella inter-city-tåg som kör med mycket högre hastigheter än konventionella järnvägar, gränsen anses vara 200 till 350 kilometer i timmen (120 till 220 mph). Höghastighetståg används mest för långdistansservice och de flesta systemen finns i Västeuropa och Östasien. Magnetiska svävningståg som Shanghai-maglevtåget använder underridningsmagneter som lockar sig uppåt mot undersidan av en styrväg och denna linje har uppnått något högre topphastigheter i den dagliga driften än konventionella höghastighetsjärnvägar, även om det bara är över korta sträckor. På grund av deras ökade hastigheter tenderar linjelinjer för höghastighetståg att ha bredare kurvor än konventionella järnvägar, men kan ha brantare grader som lättare klättras av tåg med stor rörelseenergi.

Deras höga rörelseenergi översätts till högre förhållanden mellan hästkrafter och ton (t.ex. 20 hästkrafter per kort ton eller 16 kilowatt per ton); detta gör det möjligt för tåg att accelerera och bibehålla högre hastigheter och förhandla om branta kvaliteter när momentum byggs upp och återhämtar sig i nedgraderingar (minskning av skär-, fyllnings- och tunnelkrav). Eftersom sidokrafter verkar på kurvor, är krökningar utformade med högsta möjliga radie. Alla dessa funktioner skiljer sig dramatiskt från godstransporter, vilket motiverar exklusiva höghastighetstågslinjer om det är ekonomiskt genomförbart.

Höghastighetstågstjänster är järnvägstjänster som har högre hastigheter än konventionella intercitytåg, men hastigheterna är inte lika höga som för höghastighetståg. Dessa tjänster tillhandahålls efter förbättringar av den konventionella järnvägsinfrastrukturen för att stödja tåg som kan köras säkert vid högre hastigheter.

SEPTA Regional Railroad Train

Rapid transit är ett intracity system byggt i storstäder och har den högsta kapaciteten hos någon passagerartrafik system. Det är vanligtvis gradskilt och vanligtvis byggt under jord eller förhöjt. På gatunivå kan mindre spårvagnar användas. Lätta skenor är uppgraderade spårvagnar som har stegfri åtkomst, sin egen väg och ibland sektioner under jorden. Monorail- system är system med hög kapacitet, medelhög kapacitet. En folkflyttare är ett förarlöst, klassseparerat tåg som endast trafikerar några få stationer, som en buss. På grund av bristen på enhetlighet i snabba transiteringssystem varierar linjefördelningen med olika färdrättigheter (privat mark, vägsida, gata median) och geometriska egenskaper (skarpa eller breda kurvor, branta eller mjuka stigningar). Till exempel Chicago 'L' är tåg utformade med extremt korta bilar att förhandla om skarpa kurvor i Loop . New Jerseys PATH har liknande bilar för att rymma kurvor i trans-Hudson-tunnlarna. San Franciscos BART driver stora bilar på sina rutter.

Godståg

Bulklast av mineraler

Ett godståg transporterar last med godsvagnar som är specialiserade på typen av gods. Godståg är mycket effektiva, med skalfördelar och hög energieffektivitet. Användningen kan dock minskas genom brist på flexibilitet om det finns behov av omlastning i båda ändarna av resan på grund av brist på spår till avhämtnings- och leveransställen. Myndigheter uppmuntrar ofta till användning av godstransport på grund av dess berömmelse.

Behållartåg har blivit betatyp i USA för bulktransporter. Behållare kan enkelt omlastas till andra lägen, till exempel fartyg och lastbilar, med hjälp av kranar. Detta har lyckats med lastbilen (vagnlast), där lasten måste lastas och lossas i tåget manuellt. Den intermodala containeriseringen av last har revolutionerat logistikindustrin i leveranskedjan och minskat fartygskostnaderna avsevärt. I Europa har den glidande vägvagnen i stort sett ersatt de vanliga täckta vagnarna . Andra typer av bilar inkluderar kylbilar , lagerbilar för boskap och autorack för vägfordon. När järnväg kombineras med vägtransport tillåter en roadrailer att släpvagnar körs på tåget, vilket möjliggör enkel övergång mellan väg och järnväg.

Bulkhantering är en viktig fördel för järnvägstransporter. Låga eller till och med noll omlastningskostnader i kombination med energieffektivitet och låga lagerkostnader gör att tåg kan hantera bulk mycket billigare än på väg. Typisk bulklast inkluderar kol, malm, spannmål och vätskor. Bulk transporteras i öppna toppade bilar , hopper bilar och tankvagnar .

Infrastruktur

Vänster: Järnvägsväxlingar; Höger: Chicago Transit Authority kontrollbox guidar förhöjda Chicago 'L' norr och södergående Lila och bruna linjer som skär med östra och västgående rosa och gröna linjer och den slingrande Orange linjen ovanför Wells och Lake gatukorsningen i slingan vid en förhöjd väg till höger .

Förkörsrätt

Järnvägsspår läggs på mark som ägs eller arrenderas av järnvägsföretaget. På grund av att det är önskvärt att bibehålla blygsamma grader, kommer skenor ofta att läggas i kretsvägar i kuperad eller bergig terräng. Krav på sträckningslängd och lutning kan minskas genom att använda alternerande sticklingar , broar och tunnlar-allt detta kan kraftigt öka de investeringar som krävs för att utveckla en körväg, samtidigt som driftskostnaderna avsevärt reduceras och högre hastigheter tillåts på längre radie kurvor. I tätt urbaniserade områden läggs ibland järnvägar i tunnlar för att minimera effekterna på befintliga fastigheter.

Spår

Karta över järnvägar i Europa med de viktigaste operativa linjerna som visas i svart, kulturarvsbanor i grönt och tidigare linjer i ljusblått
Långt godståg som korsar Stoney Creek -viadukten på Canadian Pacific Railway i södra British Columbia

Spåret består av två parallella stålskenor, förankrade vinkelrätt mot element som kallas slipers (bindor) av virke, betong, stål eller plast för att hålla ett jämnt avstånd från varandra eller järnvägsmätare . Järnvägsmätare kategoriseras vanligtvis som standardmätare (används på cirka 55% av världens befintliga järnvägslinjer), bredspårig och smalspårig . Förutom järnvägsmätaren kommer spåren att läggas för att överensstämma med en lastmätare som definierar maximal höjd och bredd för järnvägsfordon och deras laster för att säkerställa säker passage genom broar, tunnlar och andra strukturer.

Spåret styr de koniska, flänsade hjulen, håller bilarna på spåret utan aktiv styrning och gör att tåg kan vara mycket längre än vägfordon. Skenorna och banden placeras vanligen på ett fundament tillverkad av komprimerad jord ovanpå vilken placeras en bädd av ballast för att fördela belastningen från banden och för att förhindra banan från buckling som de malda lägger sig över tiden under vikten av de fordon passerar ovanför.

Ballasten fungerar också som ett dräneringsmedel. Några mer moderna spår i specialområden fästs direkt utan ballast. Spåret kan vara prefabricerat eller monterat på plats. Genom att svetsa skenor för att bilda längder av kontinuerlig svetsad skena kan ytterligare slitage på rullande materiel som orsakas av det lilla ytgapet vid lederna mellan skenorna motverkas; detta ger också en tystare åktur.

På kurvor kan den yttre skenan vara på en högre nivå än den inre skenan. Detta kallas superelevation eller cant . Detta minskar krafterna som tenderar att förskjuta spåret och ger en bekvämare åktur för stående boskap och stående eller sittande passagerare. En viss mängd superelevation är mest effektiv över ett begränsat hastighetsintervall.

Punkter och omkopplare - även kända som Turnouts - är ett sätt att styra ett tåg till en avvikande del av spåret. Ligger ungefär som normalt spår, består en punkt vanligtvis av en groda (gemensam korsning), kontrollskenor och två switchskenor. Kopplingsskenorna kan flyttas åt vänster eller höger, under kontroll av signalsystemet, för att bestämma vilken väg tåget kommer att följa.

Spikar i träband kan lossna med tiden, men delade och ruttna band kan individuellt ersättas med nya träband eller betongersättningar. Betongband kan också utveckla sprickor eller klyftor och kan också ersättas individuellt. Skulle rälsen sätta sig på grund av nedsänkt mark kan de lyftas med specialmaskiner och extra ballast som tampas under banden för att jämna ut skenorna.

Järnväg i Macon, Georgia omkring 1876

Periodiskt måste ballast avlägsnas och ersättas med ren ballast för att säkerställa tillräcklig dränering. Kulvertar och andra passager för vatten måste hållas fria så att vatten inte skakas av spårbädden och orsakar jordskred. När banor placeras längs floder, läggs vanligtvis ytterligare skydd för att förhindra erosion av strömbankar under tider med högt vatten. Broar kräver inspektion och underhåll, eftersom de utsätts för stora överspänningar på kort tid när ett tungt tåg korsar.

Tåginspektionssystem

En varmlagerdetektor med dragutrustningsenhet

Inspektion av järnvägsutrustning är avgörande för säker förflyttning av tåg. Många typer av defektdetektorer används på världens järnvägar. Dessa enheter använder teknik som varierar från en enkel paddel och byter till infraröd och laserskanning, och till och med ultraljudsanalys . Deras användning har undvikit många järnvägsolyckor under de 70 år de har använts.

Signal

Bardon Hill -lådan i England (ses här 2009) är en Midland Railway -låda från 1899, även om den ursprungliga mekaniska spakramen har ersatts av elektriska omkopplare.

Järnvägssignalering är ett system som används för att styra järnvägstrafiken på ett säkert sätt för att förhindra att tåg kolliderar. Tågen styrs av fasta skenor som ger låg friktion och är unikt mottagliga för kollisioner eftersom de ofta körs i hastigheter som inte gör att de kan stanna snabbt eller inom förarens siktavstånd. vägfordon, som stöter på en högre friktionsnivå mellan sina gummidäck och vägbanan, har mycket kortare bromssträckor. De flesta former av tågkontroll innebär att rörelsemyndigheten skickas från de ansvariga för varje del av ett järnvägsnät till tågpersonalet. Inte alla metoder kräver användning av signaler, och vissa system är specifika för enkelspåriga järnvägar.

Signaliseringsprocessen utförs traditionellt i en signalbox , en liten byggnad som rymmer hävstångsramen som krävs för signalman för att manövrera switchar och signalutrustning. Dessa placeras med olika intervall längs järnvägens sträckning och styr specifika spårsträckor. Nyare teknisk utveckling har gjort en sådan operativ doktrin överflödig, med centralisering av signaloperationer till regionala kontrollrum. Detta har underlättats av den ökade användningen av datorer, så att stora delar av spåret kan övervakas från en enda plats. Den vanliga metoden för blocksignalering delar spåret i zoner som skyddas av kombinationer av blocksignaler, regler och automatiska styranordningar så att endast ett tåg kan vara i ett block när som helst.

Elektrifiering

Elektrifieringssystemet tillhandahåller tåg elektrisk energi, så att de kan fungera utan drivkraft ombord. Detta tillåter lägre driftskostnader, men kräver stora investeringar längs banorna. Huvud- och spårvagnssystem har normalt luftledningar, som hänger från stolpar längs linjen. Snabbtransport som är avgränsad av olika slag använder ibland en mark tredje skena .

Strömmen kan matas som likström (DC) eller växelström (AC). De vanligaste likspänningarna är 600 och 750 V för spårvagn och snabbtransportsystem, och 1500 och 3000 V för huvudlinjer. De två dominerande AC -systemen är 15 kV och 25 kV .

Stationer

Varustation i Lucerne , Schweiz

En järnvägsstation fungerar som ett område där passagerare kan kliva ombord och stiga från tåg. En godsstation är en gård som uteslutande används för lastning och lossning av last. Stora passagerarstationer har minst en byggnad som erbjuder bekvämligheter för passagerare, till exempel köp av biljetter och mat. Mindre stationer består vanligtvis bara av en plattform . Tidiga stationer byggdes ibland med både passagerar- och godsanläggningar.

Plattformar används för att ge enkel åtkomst till tågen och är anslutna till varandra via undergångar , gångbroar och planövergångar . Vissa stora stationer är byggda som culs-de-sac , med tåg som bara kör ut från en riktning. Mindre stationer betjänar normalt lokala bostadsområden och kan ha anslutning till matarbuss. Stora stationer, i synnerhet centralstationer , fungerar som centrum för kollektivtrafiken i staden och har överföring tillgänglig mellan järnvägstjänster och till snabbtransport, spårvagn eller busstrafik.

Operationer

Äganderätt

I USA äger och driver traditionellt järnvägar som Union Pacific traditionellt både deras rullande materiel och infrastruktur, där företaget vanligtvis är privatägt.

Sedan 1980 -talet har det varit en ökande trend att dela upp järnvägsföretag, där företag äger den rullande materiel separerade från dem som äger infrastrukturen. Detta gäller särskilt i Europa, där detta arrangemang krävs av Europeiska unionen. Detta har möjliggjort öppen åtkomst för alla tågoperatörer till någon del av det europeiska järnvägsnätet. I Storbritannien är järnvägsspåret statligt ägt, med ett offentligt kontrollerat organ ( Network Rail ) som driver, underhåller och utvecklar spåret, medan tågoperationsföretag har drivit tågen sedan privatiseringen på 1990 -talet .

I USA är i princip alla järnvägsnät och infrastruktur utanför nordöstra korridoren privatägda av godstransporter. Passagerarlinjer, främst Amtrak , fungerar som hyresgäster på godstransporterna. Följaktligen måste verksamheten vara nära synkroniserad och samordnad mellan gods- och persontåg, där persontåg ofta skickas av värdgodsbanan. På grund av detta delade system regleras båda av Federal Railroad Administration (FRA) och kan följa AREMA rekommenderade metoder för spårarbete och AAR -standarder för fordon.

Finansiering

Järnvägsföretagens huvudsakliga inkomstkälla är från biljettintäkter (för persontransport) och fraktavgifter för last. Rabatter och månadskort är ibland tillgängliga för frekventa resenärer (t.ex. säsongskort och tågkort ). Fraktintäkter kan säljas per containerplats eller för ett helt tåg. Ibland äger avsändaren bilarna och hyr endast åkeriet. För persontransporter kan annonsinkomsterna vara betydande.

Regeringar kan välja att ge bidrag till järnvägsdrift, eftersom järnvägstransporter har färre externiteter än andra dominerande transportsätt. Om järnvägsföretaget är statligt ägt kan staten helt enkelt ge direkta subventioner i utbyte mot ökad produktion. Om verksamheten har privatiserats finns flera alternativ. Vissa länder har ett system där infrastrukturen ägs av en statlig myndighet eller ett företag - med öppen tillgång till spåren för alla företag som uppfyller säkerhetskraven. I sådana fall kan staten välja att tillhandahålla spåren gratis eller mot en avgift som inte täcker alla kostnader. Detta ses som analogt med att regeringen ger fri tillgång till vägar. För passagerarflygningar, kan en direkt subvention betalas ut till ett offentligt ägda operatören eller allmän trafikplikt anbud kan hållas, och ett tidsbegränsat kontrakt tilldelas det lägsta anbudet. EU: s totala järnvägsstöd uppgick till 73 miljarder euro 2005.

Via Rail Canada och USA: s passagerartågstjänst Amtrak är privata järnvägsföretag chartrade av sina respektive nationella regeringar. Eftersom privata passagerartjänster minskade på grund av konkurrensen från bilar och flygbolag, blev de aktieägare i Amtrak antingen med kontant inträdesavgift eller avstå från sina lok och rullande materiel. Regeringen subventionerar Amtrak genom att leverera uppstartskapital och göra upp för förluster i slutet av verksamhetsåret .

Säkerhet

Enligt Eurostat och Europeiska järnvägsbyrån är dödsrisken för passagerare och passagerare på europeiska järnvägar 28 gånger lägre jämfört med bilanvändning (baserat på data från EU-27-medlemsländer, 2008–2010).

Tåg kan resa med mycket höga hastigheter, men de är tunga, kan inte avvika från banan och kräver stora avstånd för att stanna. Möjliga olyckor inkluderar: urspårning (hoppa spåret); en kollision med ett annat tåg; eller kollision med bilar, andra fordon eller fotgängare vid plankorsningar, som står för majoriteten av alla järnvägsolyckor och skadade. För att minimera risken för olyckor är de viktigaste säkerhetsåtgärderna strikta driftsregler, t.ex. järnvägssignalering , grindar eller vägskillnad vid korsningar. Tåg visselpipor , klockor eller horn varnar för närvaron av ett tåg, medan signaler vid spåren håller avstånden mellan tåg.

På många höghastighets interstadsnät, som Japans Shinkansen , kör tågen på dedikerade järnvägslinjer utan några övergångsställen. Detta är en viktig del av systemets säkerhet eftersom det effektivt eliminerar risken för kollision med bilar, andra fordon eller fotgängare, och minskar risken för kollision med andra tåg kraftigt. En annan fördel är att tjänster på nätet mellan städerna förblir punktliga.

Underhåll

Som med alla infrastrukturtillgångar måste järnvägarna hålla jämna steg med regelbunden inspektion och underhåll för att minimera effekten av infrastrukturfel som kan störa fraktintäkter och passagerartjänster. Eftersom passagerare anses vara den mest avgörande lasten och vanligtvis körs med högre hastigheter, brantare grader och högre kapacitet/frekvens, är deras linjer särskilt viktiga. Inspektionsmetoder inkluderar spårgeometribilar eller gångbesiktning. Kurvunderhåll särskilt för transittjänster inkluderar mätare, åtdragning av fästelement och byte av skena.

Korrugering av järnväg är ett vanligt problem med transiteringssystem på grund av det stora antalet lättaxlade hjulpassager som resulterar i slipning av gränssnittet mellan hjul och skena. Eftersom underhåll kan överlappa operationer, underhållsfönster (natten timmar, lågtrafik timmar, förändra tåg scheman eller rutter) måste följas noggrant. Dessutom måste passagerarsäkerhet vid underhållsarbete (stängsel mellan spår, korrekt förvaring av material, spårarbetsmeddelanden, faror med utrustning i närheten av stater) alltid beaktas. Ibland kan underhållsproblem uppstå på grund av tunnlar, förhöjda strukturer och överbelastade stadsbilder. Här används specialutrustning eller mindre versioner av konventionellt underhållsutrustning.

Till skillnad från motorvägar eller vägnät där kapaciteten är uppdelad i okopplade resor över enskilda sträckningssegment anses järnvägskapacitet i grunden vara ett nätverkssystem. Som ett resultat är många komponenter orsaker och effekter av systemstörningar. Underhåll måste erkänna det stora utbudet av en rutts prestanda (typ av tågtjänst, ursprung/destination, säsongseffekter), linjekapacitet (längd, terräng, antal spår, typer av tågkontroll), tåggenomströmning (maxhastigheter, acceleration/retardation) priser) och servicefunktioner med delade passagerar-godsspår (sidosidor, terminalkapacitet, växelvägar och konstruktionstyp).

Sociala, ekonomiska och energiska aspekter

Energi

Elegant vitt persontåg på en station
Tyska Intercity Express (ICE)

Järnvägstransporter är ett energieffektivt men kapitalintensivt sätt för mekaniserad landtransport. Spåren ger släta och hårda ytor på vilka tågens hjul kan rulla med relativt låg friktion. Att flytta ett fordon på och/eller genom ett medium (land, hav eller luft) kräver att det övervinner motstånd mot dess rörelse orsakad av friktion. Ett landfordons totala motstånd (i pund eller Newton ) är en kvadratisk funktion av fordonets hastighet:

var:

R betecknar totalt motstånd
a betecknar initialt konstant motstånd
b betecknar hastighetsrelaterad konstant
c betecknar konstant som är funktionen av form, frontarea och sidor av fordonet
v betecknar hastighet
v 2 betecknar hastighet i kvadrat

Motståndet skiljer sig i huvudsak mellan fordonets kontaktpunkt och vägbanans yta. Metallhjul på metallskenor har en betydande fördel med att övervinna motstånd jämfört med gummidäckade hjul på valfri vägyta (järnväg-0,001 g vid 16 km/h) och 0,024 g vid 60 miles i timmen (97 km/timme) h); lastbil - 0,009 g vid 16 km/h (16 km/h) och 0,090 vid 60 km/tim (97 km/h)). När det gäller lastkapacitet som kombinerar hastighet och storlek som flyttas på en dag:

  • människa - kan bära 45 kg i 32 km per dag eller 1 tmi /dag (1,5 tkm /dag)
  • häst och skottkärra - kan bära 4 tmi/dag (5,8 tkm/dag)
  • hästvagn på bra trottoar - kan bära 10 tmi/dag (14 tkm/dag)
  • fullt bruksbil - kan bära 20 000 tmi/dag (29 000 tkm/dag)
  • fjärrtåg-kan bära 500 000 tmi/dag (730 000 tkm/dag) De flesta tåg tar 250–400 lastbilar från vägen, vilket gör vägen säkrare.

När det gäller förhållandet mellan hästkrafter och vikt kräver en långsamt rörlig pråm 0,2 hästkrafter per kort ton (0,16 kW/t), en järnväg och rörledning kräver 2,5 hästkrafter per kort ton (2,1 kW/t) och lastbil kräver 10 hästkrafter per kort ton (8,2 kW/t). Men vid högre hastigheter övervinner en järnväg pråmen och visar sig vara mest ekonomisk.

Som ett exempel kan en typisk modern vagn rymma upp till 113 ton (125 kort ton) gods på två fyrhjuliga boggier . Spåret fördelar tågets vikt jämnt, vilket tillåter betydligt större belastning per axel och hjul än vid vägtransporter, vilket leder till mindre slitage på den permanenta vägen. Detta kan spara energi jämfört med andra transportformer, till exempel vägtransport, vilket beror på friktionen mellan gummidäck och väg. Tåg har en liten frontyta i förhållande till lasten de bär, vilket minskar luftmotståndet och därmed energianvändningen.

Dessutom möjliggör närvaron av spår som styr hjulen att mycket långa tåg kan dras av en eller några motorer och köras av en enda operatör, även runt kurvor, vilket möjliggör skalfördelar i både arbetskraft och energianvändning; I vägtransport, däremot, orsakar mer än två artikulationer fishtail och gör fordonet osäkert.

Energieffektivitet

Med tanke på endast energin som används för att flytta transportmedel och med exemplet från stadsområdet i Lissabon verkar elektriska tåg i genomsnitt vara 20 gånger effektivare än bilar för att transportera passagerare, om vi överväger energiförbrukning per passageraravstånd med liknande yrkesförhållanden. Med tanke på en bil med en förbrukning på cirka 6 l/100 km (47 mpg -imp ; 39 mpg -US ) bränsle, har den genomsnittliga bilen i Europa en beläggning på cirka 1,2 passagerare per bil (sysselsättningsgrad cirka 24%) och att en liter bränsle uppgår till cirka 8,8 kWh (32 MJ), vilket motsvarar i genomsnitt 441 Wh (1 590 kJ) per passagerarkilometer. Detta kan jämföras med ett modernt tåg med en genomsnittlig beläggning på 20% och en förbrukning på cirka 8,5 kW⋅h/km (31 MJ/km; 13,7 kW⋅h/mi), vilket motsvarar 21,5 Wh (77 kJ) per passagerarkilometer , 20 gånger mindre än bilen.

Användande

På grund av dessa fördelar är järnvägstransporter en viktig form för person- och godstransporter i många länder. Det är allestädes närvarande i Europa, med ett integrerat nätverk som täcker nästan hela kontinenten. I Indien, Kina, Sydkorea och Japan använder många miljoner tåg som vanliga transporter. I Nordamerika är godstransport järnvägstransporter utbredda och mycket använda, men järnvägstransporter mellan persontrafik är relativt knappa utanför nordöstra korridoren , på grund av ökad preferens för andra transportsätt, särskilt bilar och flygplan. Sydafrika, norra Afrika och Argentina har omfattande järnvägsnät, men vissa järnvägar någon annanstans i Afrika och Sydamerika är isolerade linjer. Australien har ett allmänt sparsamt nätverk som passar sin befolkningstäthet men har vissa områden med betydande nätverk, särskilt i sydöst. Förutom den tidigare befintliga öst -väst transkontinentala linjen i Australien har en linje från norr till söder konstruerats. Den högsta järnvägen i världen är linjen till Lhasa , i Tibet, som delvis går över permafrostområdet. Västeuropa har den högsta järnvägstätheten i världen och många enskilda tåg där kör genom flera länder trots tekniska och organisatoriska skillnader i varje nationellt nätverk.

Social och ekonomisk inverkan

Modernisering

Järnvägar är centrala för moderniteten och idéer om framsteg. Moderniseringsprocessen på 1800-talet innebar en övergång från en rumsligt orienterad värld till en tidsorienterad värld. Exakt tid var viktigt, och alla var tvungna att veta vad klockan var, vilket resulterade i klocktorn för järnvägsstationer, klockor på offentliga platser, fickur för järnvägsarbetare och för resenärer. Tåg lämnade i tid (de gick aldrig tidigt). Däremot lämnade passagerarfartyg under den premoderna eran när kaptenen hade tillräckligt med passagerare. I den förmoderna eran sattes lokal tid vid middagstid, då solen var som högst. Varje plats öst till väst hade en annan tid och det förändrades med införandet av standardtidszoner. Tryckta tidtabeller var en bekvämlighet för resenärerna, men mer genomarbetade tidtabeller, kallade tågbeställningar , var ännu viktigare för tågpersonal, underhållsarbetare, stationspersonal och för reparations- och underhållspersonal, som visste när de kunde vänta sig ett tåg skulle följa med. De flesta banor var enkelspår, med sidosidor och signaler för att låta tåg med lägre prioritet sidledas. Scheman berättade för alla vad de ska göra, var de ska vara och exakt när. Om dåligt väder stör systemet, vidarebefordrade telegrafister omedelbara korrigeringar och uppdateringar i hela systemet. Precis som järnvägar som affärsorganisationer skapade standarder och modeller för moderna stora företag, så anpassades också järnvägstidtabellen till otaliga användningsområden, till exempel scheman för bussar, färjor och flygplan, för radio- och tv -program, för skolplaner, för fabrik tid klockor. Den moderna världen styrdes av klockan och tidtabellen.

Nationbyggande

Forskare har kopplat järnvägar till framgångsrika nationbyggande insatser av stater.

Modell för företagsledning

Enligt historikern Henry Adams behövs järnvägssystemet:

en generations energier, för det krävde att alla nya maskiner skapades-kapital, banker, gruvor, ugnar, butiker, krafthus, teknisk kunskap, mekanisk befolkning, tillsammans med en stadig ombyggnad av sociala och politiska vanor, idéer, och institutioner för att passa den nya skalan och passa de nya förutsättningarna. Generationen mellan 1865 och 1895 var redan intecknad på järnvägen, och ingen visste det bättre än generationen själv.

Effekten kan undersökas genom fem aspekter: sjöfart, ekonomi, förvaltning, karriär och populär reaktion.

Frakt och passagerare

Först gav de ett mycket effektivt nätverk för frakt och passagerare över en stor nationell marknad. Resultatet var en föränderlig inverkan på de flesta sektorer i ekonomin, inklusive tillverkning, detaljhandel och partihandel, jordbruk och finans. Förenta staterna hade nu en integrerad nationell marknad i stort sett Europas storlek, utan interna hinder eller tariffer, alla stödda av ett gemensamt språk, och ett finansiellt system och ett gemensamt rättssystem.

Grunden för det privata finansiella systemet

Järnvägsfinansiering utgjorde grunden för en dramatisk expansion av det privata (icke-statliga) finansiella systemet. Byggandet av järnvägar var mycket dyrare än fabriker. År 1860 var det sammanlagda antalet järnvägsaktier och obligationer 1,8 miljarder dollar; 1897 nådde den 10,6 miljarder dollar (jämfört med en total statsskuld på 1,2 miljarder dollar). Finansiering kom från finansiärer i hela nordöstra, och från Europa, särskilt Storbritannien. Cirka 10 procent av finansieringen kom från regeringen, särskilt i form av markbidrag som skulle kunna realiseras när en viss mängd banor öppnades. Det framväxande amerikanska finanssystemet baserades på järnvägsobligationer. New York 1860 var den dominerande finansmarknaden. Britterna satsade stort på järnvägar runt om i världen, men ingenstans mer än USA; Totalen uppgick till cirka 3 miljarder dollar år 1914. 1914–1917 likviderade de sina amerikanska tillgångar för att betala för krigsmateriel.

Att uppfinna modern ledning

Järnvägsförvaltningen utformade komplexa system som kunde hantera mycket mer komplicerade samtidiga relationer än vad den lokala fabriksägaren kunde drömma om som kunde patrullera varje del av sin egen fabrik på några timmar. Civilingenjörer blev högsta ledningen för järnvägar. De ledande amerikanska innovatörerna var Western Railroad i Massachusetts och Baltimore och Ohio Railroad på 1840 -talet, Erie på 1850 -talet och Pennsylvania på 1860 -talet.

Karriärvägar

Järnvägarna uppfann karriärvägen i den privata sektorn för både tjänstemän och tjänstemän. Railroading blev en livstidskarriär för unga män; kvinnor anställdes nästan aldrig. En typisk karriärväg skulle se en ung man anställd vid 18 års ålder som butiksarbetare, befordras till skicklig mekaniker vid 24 års ålder, bromsare vid 25, godsledare vid 27 år och passagerarledare vid 57 års ålder. avgränsad. Utbildade unga män började i präst- eller statistikarbete och flyttade upp till stationsagenter eller byråkrater vid divisionens eller centrala högkvarter. På varje nivå hade de mer och mer kunskap, erfarenhet och humankapital . De var mycket svåra att ersätta, och var praktiskt taget garanterade permanenta jobb och försäkrade och sjukvård. Anställning, avskedande och lönesatser fastställdes inte av arbetsledare, utan av centrala administratörer, för att minimera favorisering och personlighetskonflikter. Allt gjordes av boken, varigenom en allt mer komplex uppsättning regler dikterade till alla exakt vad som borde göras under alla omständigheter och exakt vad deras rang och lön skulle vara. Vid 1880 -talet gick karriärjärnvägarna i pension och pensionssystem uppfanns för dem.

Transport

Järnvägar bidrar till social livskraft och ekonomisk konkurrenskraft genom att transportera mängder av kunder och arbetare till stadskärnor och inre förorter . Hongkong har erkänt järnväg som "ryggraden i kollektivtrafiksystemet " och som sådan utvecklat sitt franchisebussystem och väginfrastruktur i överensstämmelse med deras järnvägstjänster. Kinas stora städer som Peking , Shanghai och Guangzhou erkänner järnvägstransportlinjer som ramverk och busslinjer som huvudkropp för deras storstads transportsystem. Den japanska Shinkansen byggdes för att möta den växande trafikefterfrågan i "hjärtat av Japans industri och ekonomi" som ligger på linjen Tokyo - Kobe .

Krigsroller och luftmål

Tyska soldater i en järnväg bil på väg till fronten i augusti 1914. Meddelandet på bilen läser Von München über Metz nach Paris . (Från München via Metz till Paris).

Under decenniet 1863-70 gav den kraftiga användningen av järnvägar i det amerikanska inbördeskriget och i Tysklands krig mot Österrike och Frankrike en rörelsehastighet som aldrig hört om på hästtiden. Under stora delar av 1900-talet var järnväg ett viktigt inslag i krigsplaner för snabb militär mobilisering , vilket möjliggjorde snabb och effektiv transport av ett stort antal reservister till deras mönstringsställen och infanterisoldater till frontlinjerna. Västfronten i Frankrike under första världskriget krävde många tåglaster med ammunition om dagen. Järnvägsgårdar och broar i Tyskland och ockuperade Frankrike var stora mål för allierad luftmakt under andra världskriget.

Positiva effekter

Järnvägar kanaliserar tillväxt mot täta tätorter och längs deras artärer, i motsats till motorvägsexpansion , vilket tyder på den amerikanska transportpolitiken, vilket uppmuntrar utveckling av förorter i periferin, bidrar till ökade fordonsmil , koldioxidutsläpp , utveckling av greenfield -utrymmen och utarmning av naturreservat . Dessa arrangemang omvärderar stadsrum, lokala skatter , bostadsvärden och främjar utveckling av blandad användning .

Negativa effekter

Bryant Tchad fann att på 1840 -talet österrikes ankomst av järnvägar och ånglok gjorde lokalbefolkningen upprörd på grund av buller, lukt och föroreningar som orsakas av tågen och skador på bostäder och omgivande mark som orsakats av motorns sot och glödande glöd; och eftersom de flesta resor var mycket lokala vanliga människor sällan använde den nya linjen.

Förorening

En studie från 2018 visade att öppnandet av Peking Metro orsakade en minskning av "de flesta koncentrationer av luftföroreningar (PM2.5, PM10, SO2, NO2 och CO) men hade liten effekt på ozonföroreningarna."

Modern järnväg som indikator för ekonomisk utveckling

Europeiska utvecklingsekonomer har hävdat att förekomsten av modern järnvägsinfrastruktur är en betydande indikator på ett lands ekonomiska framsteg: detta perspektiv illustreras särskilt genom Basic Rail Transportation Infrastructure Index (känt som BRTI Index).

Subventioner

Asien

Kina

År 2014 var Kinas totala järnvägsutgifter 130 miljarder dollar och kommer sannolikt att förbli i samma takt under resten av landets nästa femårsperiod (2016–2020).

Indien

De indiska järnvägen subventioneras med cirka 260 miljarder (US $ 3,5 miljarder), varav ca 60% går till pendeltågs och kortdistansresor.

Europa

Enligt European Railway Performance Index 2017 för användningsintensitet, servicekvalitet och säkerhetsprestanda, består de högsta europeiska nationella järnvägssystemen av Schweiz, Danmark, Finland, Tyskland, Österrike, Sverige och Frankrike. Prestandanivåer avslöjar en positiv korrelation mellan offentlig kostnad och ett givet järnvägssystems prestanda, och avslöjar också skillnader i värdet som länder får i utbyte mot sin offentliga kostnad. Danmark, Finland, Frankrike, Tyskland, Nederländerna, Sverige och Schweiz fångar relativt högt värde för sina pengar, medan Luxemburg, Belgien, Lettland, Slovakien, Portugal, Rumänien och Bulgarien underpresterar i förhållande till det genomsnittliga förhållandet mellan prestanda och kostnad bland europeiska länder.

Europeiska järnvägsstöd i euro per passagerarkilometer för 2008
Land Bidrag i miljarder euro År
 Tyskland 17,0 2014
 Frankrike 13.2 2013
 Italien 8.1 2009
  Schweiz 5.8 2012
 Spanien 5.1 2015
 Storbritannien 4.5 2015
 Belgien 3.4 2008
 Nederländerna 2.5 2014
 Österrike 2.3 2009
 Danmark 1.7 2008
 Sverige 1.6 2009
 Polen 1.4 2008
 Irland 0,91 2008
Ryssland

År 2016 fick ryska järnvägar 94,9 miljarder rubel (cirka 1,4 miljarder dollar) från regeringen.

Nordamerika

Förenta staterna

År 2015 var medel från den amerikanska federala regeringen för Amtrak cirka 1,4 miljarder dollar. År 2018 hade den anslagna finansieringen ökat till cirka 1,9 miljarder dollar.

Se även

Referenser

Anteckningar

Vidare läsning

  • Burton, Anthony. Railway Empire: How the British Gave Railways to the World (2018) utdrag
  • Chant, Christopher. Världens järnvägar: järnvägstransportens historia och utveckling (Chartwell Books, 2001).
  • Tro, Nicholas. The World the Railways Made (2014) utdrag
  • Freeman, Michael. "Järnvägen som kulturell metafor:" Vilken typ av järnvägshistoria? " Återbesök." Journal of Transport History 20.2 (1999): 160-167.
  • Mukhopadhyay, Aparajita. Imperial Technology and 'Native'Agency: A Social History of Railways in Colonial India, 1850–1920 (Taylor & Francis, 2018).
  • Nock, OS Steams järnvägar i efterhand (1966) online
  • Nock, OS Railways at the zenith of steam, 1920-40 (1970) online
  • Nock, OS Railways under åren av företräde 1905-1919 (1971) online
  • Nock, OS Railways in the formative years, 1851-1895 (1973) online
  • Nock, OS Railways i övergången från ånga, 1940-1965 (1974) online
  • Nock, OS Railways då och nu: en världshistoria (1975) online
  • Nock, OS Railways of Western Europe (1977) online
  • Nock, OS Railways i Asien och Fjärran Östern (1978)
  • Nock, OS World atlas of railways (1978) online
  • Nock, OS Railways of the USA (1979) online
  • Nock, OS 150 år med huvudlinjejärnvägar (1980) online
  • Pirie, Gordon. "Spåra järnvägshistorier." Journal of Transport History 35.2 (2014): 242–248.
  • Sawai, Minoru, red. Utvecklingen av järnvägsteknik i östra Asien i jämförande perspektiv (#Sringer, 2017)
  • Trains Magazine. The Historical Guide to North American Railroads (3: e upplagan 2014)
  • Wolmar, Christian. Blod, järn och guld: Hur järnvägarna förvandlade världen (Public Affairs, 2011).

externa länkar