鉄道技術の歴史

ギリシャのトラックウェイから未来のハイパーループ トレインまで

1914 年 8 月、前線に向かう途中の鉄道車両に乗ったドイツ兵。 Public Domain

発明以来、鉄道は世界中の文明の発展に大きな役割を果たしてきました。古代ギリシャから現代のアメリカに至るまで、鉄道は人々の移動と仕事の方法を変えてきました。

鉄道輸送の最も初期の形態は、実際には紀元前 600 年にさかのぼります。ギリシャ人は舗装された石灰岩の道路に車輪付きの車両と組み合わせて使用​​する溝を作り、コリントス地峡を横切るボートの輸送を容易にしました。しかし、紀元前 146 年にローマ人がギリシア人を征服すると、初期の鉄道は荒廃し、1,400 年以上にわたって姿を消しました。

最初の近代的な鉄道輸送システムは、16 世紀まで復活しませんでした。それでも、蒸気機関車の発明が世界規模で鉄道輸送を変革するまでには、さらに 300 年かかります。

最初の近代鉄道

現代の列車の前身は、1550 年代初頭にワゴンウェイが導入されたドイツでデビューしました。これらの原始的な鉄道道路は木製のレールで構成されており、未舗装の道路よりも馬車や荷車が容易に移動できました。 1770 年代までに、木製のレールは鉄製のレールに置き換えられました。これらのワゴンウェイは、ヨーロッパ中に広がるトラムウェイに発展しました。 1789 年に、イギリス人のウィリアム・ジェサップ (William Jessup) は、車輪がレールをよりしっかりとつかむことができるように、溝の付いたフランジ付き車輪を備えた最初の貨車を設計しました。この重要な設計上の特徴は、後の機関車に引き継がれました。

1800 年代まで、鉄道は鋳鉄で建設されていました。残念なことに、鋳鉄は錆びやすく、もろく、しばしば応力下で破損することがありました。 1820 年、ジョン・バーキンショーは錬鉄と呼ばれるより耐久性のある素材を発明しました。この革新は、鋳鉄の改善にはまだ欠陥がありましたが、それが登場するまで標準になりました ベッセマー このプロセスにより、1860 年代後半に鉄鋼の安価な生産が可能になり、アメリカだけでなく世界中で鉄道が急速に拡大しました。最終的に、ベッセマー プロセスは平炉の使用に置き換えられ、これにより鉄鋼生産のコストがさらに削減され、19 世紀末までに米国のほとんどの主要都市を列車で結ぶことができるようになりました。

産業革命と蒸気機関

高度な鉄道システムの基礎が整ったので、あとは、より多くの人や物を、より長い距離をより短い期間で輸送する手段を見つけるだけでした。答えは、最も多くの1つの形で来ました 重要な発明 の 産業革命 、 蒸気機関 、これは現代の鉄道と列車の発展にとって重要でした。

1803 年、サミュエル・ホンフレイ (Samuel Homfray) という男が、路面電車の馬車に代わる蒸気動力の車両の開発に資金を提供することを決定した。 リチャード・トレビシック 最初の蒸気機関路面電車であるその車両を製造しました。 1804 年 2 月 22 日、機関車は 10 トンの鉄、70 人の男性、および 5 台の追加の貨車を、ウェールズのマーサー ティドビルの町にあるペン ア ダロンの製鉄所の間の 9 マイル (9 マイル) からアベルシノンの底まで牽引しました。谷。旅行は完了するのに約2時間かかりました。

1812年、イギリスの発明家 ジョージ・スチーブンソン ストックトン・アンド・ダーリントン鉄道の炭鉱技師になった。 1814 年までに、彼は彼らのために最初の機関車を製造しました。その後まもなく、彼は所有者に蒸気機関車を試すよう説得しました。最初の取り組みは、 移動 .スチーブンソンは鉄道用の最初の蒸気機関車エンジンの発明者として認められているが、トレビシックの発明は最初の路面電車機関車として引用されている。

1821 年、イギリス人のジュリアス・グリフィスは、旅客用道路機関車の特許を取得した最初の人物になりました。 1825 年 9 月までに、スティーブンソンの機関車を使用して、ストックトン & ダーリントン鉄道会社が、定期運行の貨物と乗客の両方を運ぶ最初の鉄道を開始しました。これらの新しい列車は、石炭を積んだ 6 台の石炭車と 450 人の乗客を収容できる 21 台の客車を約 1 時間で 9 マイル以上牽引することができました。

それから間もなく、スティーブンソンは自身の会社、ロバート スティーブンソン アンド カンパニーを設立しました。彼の最も有名なプロトタイプ、 スティーブンソンのロケット は、リバプール・アンド・マンチェスター鉄道が新しい機関車に動力を供給するための最良の設計を選択するために 1829 年に開催したイベント、レインヒル・トライアルのために設計および製造されました。の ロケット 当時の最も先進的な機関車であった .

アメリカの鉄道システム

ジョン・スティーブンス大佐は、米国における鉄道の父と見なされています。 1826 年、スティーブンスは、ニュージャージー州ホーボーケンにある彼の邸宅に建設された実験用の環状軌道で蒸気移動の実現可能性を実証しました。スティーブンソンがイギリスで実用的な蒸気機関車を完成させる 3 年前のことです。

スティーブンスは 1815 年に北アメリカで最初の鉄道認可を与えられたが、他の者も認可を受け始め、その後すぐに最初の鉄道事業が開始された。 1930年、 ピーター・クーパー アメリカで最初に製造された蒸気機関車、 トム・サム 在来線で運用されます。

19 世紀のもう 1 つの主要な列車の革新は、推進力や動力源とは何の関係もありませんでした。代わりに、乗客の快適さがすべてでした。 ジョージ・プルマン は 1857 年にプルマン寝台車を発明しました。寝台車は 1830 年代からアメリカの鉄道で使用されていましたが、プルマン車は一晩の乗客旅行のために特別に設計されており、その前身よりも著しく改善されていると考えられていました。

蒸気動力の欠点

蒸気機関車は、19 世紀を通じて輸送と経済拡大に否定できない影響を与えましたが、^番目世紀、この技術には欠点がないわけではありませんでした。最も問題だったのは、石炭やその他の燃料源を燃やすことで発生した煙でした。

有害な副産物は開けた田園地帯では許容できるものでしたが、早い段階でさえ、鉄道がより人口の多い地域に侵入したため、燃料の排気によって引き起こされる危険がますます明らかになり、都市に向かう列車を収容するために地下トンネルの数が増えました目的地。トンネルの状況では、特に列車が地下で立ち往生した場合、煙が致命的になる可能性があります.電気を動力源とする列車は明らかな代替手段のように思われましたが、初期の電気列車技術は、長距離を走るために蒸気に追いつくことができませんでした。

電気機関車の発進が遅い

電気機関車の最初のプロトタイプは、1837 年にスコットランドの化学者 Robert Davidson によって製造され、ガルバニ電池を動力源としていました。デビッドソンの次の機関車、より大きなバージョンは ガルバニ は、1841 年に王立スコットランド芸術協会の展覧会でデビューしました。重さは 7 トンで、各車軸の木製シリンダーに取り付けられた鉄棒に作用する固定電磁石を使用する 2 つの直接駆動リラクタンス モーターを備えていました。 1841 年 9 月にエディンバラ・アンド・グラスゴー鉄道で試験が行われましたが、バッテリーの出力が限られていたため、プロジェクトは頓挫しました。の ガルバニ その後、代替技術を生活への潜在的な脅威と見なした鉄道労働者によって破壊されました。

Werner von Siemens の発案による、機関車 1 台と 3 台の車両からなる最初の電気旅客列車で、1879 年にベルリンで初走行を行いました。列車の最高速度は時速 8 マイル (13 km) 強でした。 4 か月間で、984 フィート (300 メートル) の円形軌道で 90,000 人の乗客を輸送しました。列車の 150 ボルトの直流は、絶縁された 3 番目のレールを介して供給されました。

1881 年にドイツのベルリン郊外のリヒターフェルデで電気トラムが最初に登場した後、最初はヨーロッパで、後にアメリカで電気トラムの路線が人気を博し始めました。 1883 年までに電気トラムがイギリスのブライトンで走っており、同じ年にオーストリアのウィーンの近くでサービスを開始したトラムは、架空送電線を動力とする最初の定期運行でした。 5 年後、フランク J. スプラーグ (かつてトーマス エジソンで働いていた発明家) が設計した電気トロリーが、リッチモンド ユニオン旅客鉄道の軌道に乗りました。

蒸気から電気への移行

最初の地下電気鉄道は、1890 年にシティ アンド サウス ロンドン鉄道によって開始されました。その 5 年後、Sprague は、列車用の画期的なマルチユニット トラクション コントロール システム (MU) を考案しました。各車両には、牽引モーターとモーター制御のリレーが装備されていました。すべての車両が列車の前部から動力を引き出し、主電動機が一斉に作動しました。 MU は、1897 年にサウス サイド高架鉄道 (現在はシカゴ L の一部) のために最初の実用的な設置を行いました。スプラーグの発明の成功により、すぐに地下鉄の電源として電気が採用されました。

1895 年、ニューヨークに接続されたボルチモア アンド オハイオ鉄道 (B&O) のボルチモア ベルト ラインの 4 マイル (4 マイル) が、電化された最初のアメリカの主要鉄道路線になりました。蒸気機関車は電化された路線の南端に停車し、その後電動列車に連結され、ボルチモアを取り囲むトンネルを通って牽引されました。

ニューヨーク市は、鉄道トンネルからの蒸気機関の使用を禁止した最初の都市の 1 つでした。 1902 年のパーク アベニュー トンネル衝突の余波で、ハーレム川の南で煙を発生させる機関車の使用が禁止されました。ニューヨーク セントラル鉄道は 1904 年までに電気機関車の使用を開始しました。1915 年からは、シカゴ、ミルウォーキー、セント ポール アンド パシフィック鉄道がロッキー山脈を越えて西海岸まで電化されました。 1930 年代までに、ペンシルベニア鉄道はペンシルベニア州ハリスバーグの東にあるその領土全体を電化しました。

1930 年代とその後の数十年間にディーゼル動力の列車が登場すると、電動列車のインフラストラクチャの拡大は鈍化しました。しかし、最終的には、ディーゼルと電力を組み合わせて、両方の技術のベストを採用した数世代のエレクトロディーゼルとハイブリッドを作成し、多くの鉄道路線の標準となった.

高度な列車技術

1960 年代から 1970 年代初頭にかけて、従来の列車よりもはるかに速く移動できる旅客列車を建設する可能性に大きな関心が寄せられました。 1970年代から、磁気浮上を中心とした代替高速技術への関心、または マグレブ 、搭載されたデバイスとガイドウェイに埋め込まれた別のデバイスとの間の電磁反応によって作成されたエアクッションの上に車が乗ります。

最初の高速鉄道は、日本の東京と大阪の間を走り、1964 年に開通しました。それ以来、スペイン、フランス、ドイツ、イタリア、スカンジナビア、ベルギー、韓国、中国など、世界中でさらに多くの高速鉄道が建設されてきました。 、イギリス、台湾。米国はまた、サンフランシスコとロサンゼルスの間、およびボストンとワシントン D.C. の間の東海岸に高速鉄道を設置することについても話し合っています。

それ以来、電気エンジンと列車輸送技術の進歩により、人間は時速 320 マイルまでの速度で移動できるようになりました。これらのマシンのさらに多くの進歩は、2017 年に最初の試作品のテスト走行を成功させ、時速 700 マイルに達すると予測されているハイパーループ チューブ トレインを含む開発段階にあります。