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知識大圖解:齒條與小齒輪鐵路

2014/10/14 | | 標籤:
8485

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齒條與小齒輪鐵路(也稱為齒軌鐵路)採用了具有輪齒的軌道。加裝輪齒的軌道通常位於兩個行駛軌的中心,能夠使火車頭穿越斜度超過7%的陡坡,而7%至今仍是標準黏著式鐵路的最大斜度限制。

每套齒條與小齒輪系統運作的核心原理是火車頭的圓形齒輪齧合在線型齒條上。因此,齒條與小齒輪基本上是將火車發動機所產生的旋轉能轉換成在齒條上進行直線運動的動能。由於齒條與小齒輪皆具有輪齒,這套系統也能對軌道提供額外的附著力,當火車靜止時互相齧合的輪齒則可將其固定就位。

由於傳統火車的主要動力來源形式是蒸汽,改用齒條與小齒輪系統的火車則需要大幅改裝。從列車車盤的改造(以便安裝小齒輪),到讓鍋爐、駕駛室和上部結構變得傾斜,都是需要變更的部分。

傾斜是必要的,因為蒸汽機鍋爐內的水必須隨時覆蓋過鍋爐管和火箱以維持穩定──在火車呈現不水平的狀態下這幾乎不可能達成。 因此,在齒軌鐵路行駛的火車頭會朝向軌道傾斜以抵銷地形的坡度。

雖然罕見,至今齒條與小齒輪系統仍然在全球各地運作,不過是搭配蒸汽機與柴油/電車頭的組合。其中一個最有名的例子是華盛頓山齒軌鐵路。

機械登山者華盛頓山齒軌鐵路位於美國新罕布夏州,是首條被用來攀爬山坡的齒條與小齒輪鐵路。由西爾維斯特 ‧馬什在1869年建造完成,此系統是世界第二陡峭的齒軌鐵路,其最高斜度可達37.4%。這條鐵路全長4.8公里,在華盛頓山的西坡蜿蜒而上,由海平面上820公尺開始,最高來到接近頂峰的1917公尺。火車頭以時速4.5公里攀升,下山的時速則為7.4公里。儘管是在144年前所建造,這條齒軌鐵路至今仍完整運作中。

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本文選自《HOW IT WORKS知識大圖解 中文版》第01期(2014年10月號)

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