ההיסטוריה של הנדסה לרכבת והמעבר מ-Steam ועד רכבות חשמליות

הנדסה של רכבת היא אחד הכוחות המשתנים ביותר בהיסטוריה המודרנית, לעצב מחדש את האופן שבו אנשים, סחורות ורעיונות עוברים יבשות.מכבישים המוקדמים ביותר של סוסים לרשתות החשמליות המהירות הגבוהה של היום, האבולוציה של תחבורה רכבת משקפת רדיפה ללא הרף של מהירות, יעילות ואמינות. מאמר זה חוקר את המסע מזיטור ועד מערכת חשמלית, בוחן את פריצות הדרך של הנדסה, נהגים כלכליים, השפעות חברתיות כי להגדיר כל עידן.

הנדסה מוקדמת של הרכבת ועלייה של Steam Power

לידתו של ה-Steam Locomotive

סיפור הנדסת הרכבות מתחיל בתחילת המאה ה-19, תקופה של התיעוש מהיר, בעוד שמסילות עץ וברזל שימשו עבור עגלות סוסים החלות סוסים מאז 1500s, מנוע הקיטור פתח רמה חדשה של יכולת.בשנת 1804, FLT:0Richard TrevithickFLT:1 נבנה את קטר הקיטור הראשון בקנה מידה מלא לרוץ על רכבת, הובלת 10 טון ושברהשירות ברזל היה לעתים קרובות.

(השיפורים בעיצוב בנייה וקטר עוקב אחר כך במהירות.FLT:0) ג'ורג' סטפנס 1LT (Germond StephensonsonFrea15), מהנדס עצמאי מ- ⁇ , הופיע כדמות מרכזית, עבודתו על סטוקטון ודרינגטון (Darlington Railway) (1825) הוכיחה כי קטרי קיטור יכלו לגרור באופן אמין את הסוסים והנוסעים למרחקים ארוכים של סטפנס (Ron) על ידי תחנת הכוח ה-Ralphertekstektektain) אשר הוקמה ב-Ricer 1829.

רכבת מניה והתרחבות הרשתות

הצלחתן של הרכבות המוקדמות הובילה לגל השקעות ובניה הידועים כ"רילווי מאניה" בשנת 1830 ו-1840, תחילה בבריטניה ולאחר מכן ברחבי אירופה, צפון אמריקה, ומעבר לכך מהנדסים העומדים בפני אתגרים בלתי אפשריים: סקר נתיבים דרך שטח, מנהרות בנייה וגשרים, ו-8.5 פעולות בטוחות במהירויות שלא ניתן להעלות על הדעת, כגון:0 דגים, ממטרים של מדבקה: 4:4Flowed, 000 רגלים, תחת מדבקה, 000 רגלים, 000 רגלים, ו-Flowed, לאחר מכן, ו-Flowed, ו-Flowed, 4, 000 רגלים, 000, 000 רגל, 000 רגלים, 000, 000, 000, 000 רגל, 000 רגל, 000, 000, 000, 000, 000, 000 רגל, 000, 000, 000, ו-Fal-Fair, 000, 000, 000, 000, 000 רגל, 000 רגל, ו-FLT5 רגל, 000 גבוה יותר מגובהו של , 000, 000, 000, 000, 000, 000 מאוחר יותר, 000 מגובהו של מסילות ברזל, 000 מגובהו של מסילות ברזל, 000 מגובהו של ⁇ , 000 מגובהו של

הישגי הנדסה בלתי אפשריים של עידן הקיטור כוללים את ה-FLT:0 רויאל אלברטה ברידג'FLT:1 (1859) שעוצב על ידי Isambard Kingdom Bronel, TheFLT:2 Transcontinental RailroadFLT 3: 1869 ברחבי ארצות הברית, ו-FLT:4Gothard Magal FLT:5 (1882) באמצעות הפרויקטים הסטמנטאליים הנדרשים אלה, 000 אלף דולר, ותיאום מתקדם, כמעט, החל מתחום הרכבות והחל מלמטה, הפך לערים, כמעט, כמעט, לערים, לערים, כמעט, לערים על פני השטח, כמעט, כמעט, לערים, לערים על פני השטח, והפכו לערים, לערים על ידי רכבת תחתית, לערים על פני השטח התעשייתי, לערים על פני השטח, והפכו לערים, לערים על פני השטח, לערים על פני השטח, לערים על ידי מטוסים, כמעט, לערים על ידי מטוסים, והפכו לערים, כמעט, כמעט, כמעט, כמעט, לערים על פני השטח, לערים על פני השטח של צפון-ידי מטוסים עירוניים, כמעט, כמעט, לערים של צפון-אורנטיבות, כמעט, כמעט, והפכו לערים על פני השטח, לערים על ידי רכבת תחתית, והפכו ל

תור הזהב של Steam

בסוף המאה ה-19 ותחילת המאה ה-20 סימנה את ה-zenith of Steam קטר פיתוח.מהנדסים מעודנים עבור משימות ספציפיות: נוסע מהיר מבטא, מובלי מטען כבדים, ומפעילי קומפקטיים (Iconic locomotives) כגון:0LNER Class A3 "Flying Scots" 7 (1923), The FLT2 German DLTir: 3FIR5E) ו-Fäd (Fäd) LT5th) , 3, 4Fäd) , 3, 3, 3, 4, 4, 3, 4, 3, 3, 4, 4, 5, 173, 173, 171, 173, 17: 4, 17) LT5n) LT1, 17) LT1, 173, 173, 173, 17) , 000) LTFäd) , 173, 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 LT 7, 000 , 000 , 000 , 000

עם זאת, קיטור היו מגבלות טמאות: יעילות תרמית נמוכה (בעיקר מעל 10%), דרישות תחזוקה כבדות, ומשימות אינטנסיביות של דלק, השקיה וניקוי. עשן וערים מזוהמות, והסיכוני אש היו דאגות קבועות.

המעבר לרכבות חשמליות

פיתוחים חשמליים מוקדמים

רכבות חשמליות הופיעו בשנות ה-80 של המאה ה-19, בבניית העבודה של FLT:0[60] ונרנר פון סימנסFLT:1, FLT:2Thomas אדיסוןFLT 3, ו-FLT:4 פרנק J. SpraguephirFLT:5 בשנת 1879, סימנס הראה קטר חשמלי קטן בפייר המסחר בברלין, משך שלוש מכוניות ב-4 קמ"ש, ו-L-L-L-S-S-S-L-R, אשר היו בשימוש על-S-S-S-S-D-SIR-S-R-R-R-R.

התרומות של סרג'ר היו חשובות במיוחד.הוא פיתח את מערכת הבקרה של יחידות הענישה:0 (multiple-law control System) 1 בשנת 1897, ומאפשר לכל המכוניות המונעות ברכבת להיות נשלטות ממונית אחת.המצאה זו הפכה את המעבר החשמלי למבצעי תחבורה מהירה ואומץ על ידי שיקגו "L", ניו יורק, ולונדון, עד 1900, מסילות רכבת חשמלית ומסילות רכבת תחתית היו נפוצות בערים גדולות, המציעות שירות נקיות, אמין, ואמין לסביבות בטיחותיות.

אלקטרוניקה: הגל הראשון

מעבר למסילות רכבת ראשיות לאנרגיה חשמלית מציב אתגרים גדולים בהרבה: מרחקים ארוכים יותר, מהירויות גבוהות יותר, רכבות כבדות יותר, והצורך באספקת חשמל אמינה מעל מאות קילומטרים, אימצו אנשי אימוץ מוקדמים מסלולים עם ⁇ הרים חמורים או מנהרות שבהם קיטור היה בעייתי.

אבן דרך משמעותית הייתה החשמל של מנהרת הכוכבים:0Simplon TunnelFLT:1, הושלמה בשנת 1906. מנהרה 12.5 קילומטר זו דרך האלפים הדרושים ventilation מערכות לנקות את מפוזיטור; מערכת חשמלית ביטלה את הבעיה לחלוטין.בשווייץ, שם כוח הידרואלקטרי היה בשפע ופחם בקושי, חשמל מתקדם במהירות.

אפשרויות טכנולוגיות: AC לעומת DC

פיתוח מערכות רכבת חשמליות דרשה מהמהנדסים לבחור בין זרם נוכחי ומשתנה, כל אחד עם יתרונות ומסחר-offs. DC ב 600-750 וולט הפך סטנדרטי עבור מכוניות רחוב ותחנות רכבת מוקדמות בשל הפשטות וההתאמה שלו עם מנועים סדרה.עם זאת, DC דרש מנצחי נחושת כבדים ותתיות תכופים למזער את המתח מעל מרחק.

(א) במיוחד חד-פזה AC ב-15-25 kV, זכה לטובת פרויקטים מרכזיים של חשמל קו ראשון כי ניתן להעביר אותו במתח גבוה יותר למרחקים ארוכים עם הפסדים נמוכים יותר.FLT:0Kálmán KandóFLT 1, מהנדס הונגרי, חלוצי שלוש-phase עבור רכבות בתחילת 1900s, ולאחר מכן יחיד-phase ב 16.75 כביש 2, כולל תקן CVn, 152, 152, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000, 000, 000, 000 ⁇ , 000, 000, 000, 000 ⁇ , 000, 000 ⁇ , 000, 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000, 000, 000 ⁇ , 000, 000 בשנת 1935, 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 בשנת 1935, 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 בשנת 1935, 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ , 000 ⁇ ⁇ , 000

דצמבר של Steam ו- Rise of Diesel

בעוד שחשמל התקדם, לא הייתה זו אלטרנטיבה היחידה ל-Cyber.com:0 (Diesel locomotivesFLT:1) התפתחה בשנות ה-20 וה-30, המציעה עצמאות מחוטים מעל פני השטח ועלויות תשתיות נמוכות יותר.ה-FLT:2diesel-electric Drive:2diesel-FLT 3: FLT 3FLT - מנוע דיזל המגביל גנרטור שציוד מנועים מנועים מנועים מנועים - הביאו לגמישות של צפון-ה של אירופה, אשר הוחלפה ברובה, והייתה בעלת יעילות חשמלית וגמישות של צפון-חשמלית של צפון-ה, וחשמלית, והייתה בעלת מערכת דיזל.

עם זאת, רכבות חשמליות שמרו על יתרונות עבור מסדרונות מהירים ומהירים (במיוחד כאשר מופעלים על ידי אנרגיה מתחדשת) לקטרים חשמליים יש יחס גבוה יותר למשקל, האצה מהירה יותר, פליטות מחזור חיים נמוכות יותר (במיוחד כאשר מופעל על ידי אנרגיה מתחדשת) גורמים אלה הובילו להמשך סלקציה של נתיבי מפתח, כגון FLT:0North East CorridorF:1LT בארצות הברית ו-F2: 3.

חידושים טכנולוגיים ופיתוח מודרני

רכבת מהירה: גבול חדש

העידן המודרני של הנדסת הרכבות מוגדר על ידי רכבת מהירה גבוהה.ה-FLT:0 [ShinkansenphFLT] 1 (יפן, 1964) היה המערכת הראשונה ייעודית במהירות גבוהה, הפועלת ב- 210 ק"מ / שעה (130 קמ"ש) בין טוקיו לאסקה.57 ק"מ במהירויות חשמליות על מסלול הגאג'י סטנדרטי יכול לספק שירות אמין, בטוח ומהיר.

רכבות מהירות גבוהות דורשות הנדסה מתקדמת: מסלולים ייעודיים עם עקומות עדינות, מערכות אותות מתוחכמות (כגון FLT:0) מערכת בקרת הרכבות האירופית בקרת רכבות FLT:1, ETCS), ומערכות מערכת חשמל חזקות הפועלות ב 25 kV AC. Aerouedynamics, חומרים קלים ( ⁇ alumiconnum, סיבים פחמן), ומערכת מבוזרת (ממריצים על צירים מרובים) תורמים כיום, כולל מהירות גבוהה של 350 ק"מ, צפון-איטליה, רכבות, צפון-אוויר, צפון-איטליה, מעל פני שטח, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, כולל, 000 ק"מסלולאריכי-אווירה, רכבות גבוהות יותר, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירהרחבה, צפון-אווירה, צפון-אווירהמהירות, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה, צפון-אווירה

לווייתות מגנטיות ומעבר

(הההתמדה המגנטית (FLT:0) טכנולוגיות של ההרחבה של הנדסה לרכבת (FLT:0) מייצגות את קצה חיתוך הנדסת הרכבות. Maglev Rail (Galtrain:0) רכבות מגלב משתמשות בכוח אלקטרומגנטי להרים ולדחוף כלי רכב ללא מגע, תוך חיסול התנגדות מתגלגלת:2 TransrapidigidphdigidFLT 3, אפילו מהירויות מיוחדות של מסדרון מ"מ-F5glev) ל-95/Nigthclowdong עד 431 קמ"ל (D) ל-NCR5G5 קמ"ל-D) ל-NCR) ל-DV; 5, 0005 קמ"ל-DV; 5, 000) מהירויות גבוהות יותר, 0005GV, 0005GV, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000 גבוה יותר, 000, 000, 000 גבוה יותר, 000; 000 מהירויות גבוהות יותר, 000 גבוה יותר, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 גבוה יותר, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 גבוה יותר, 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

טכנולוגיה מתפתחת נוספת היא:0.7 רכבות דלק הידרוג'וגן iLintph:1, המשלבת מערכת חשמלית עם אחסון מימן על הסיפון, מייצרת רק מים פנויים.ה-FLT:2Coradia iLintuaFLT 3LT 3 (Alstom) נכנס לשירות בגרמניה בשנת 2018 המציע חלופה אפסית לקווים לא חשמליים.

קיימות ועתיד הנדסת הרכבות

(הרכבת) אינה יעילה יותר מכביש או תחבורה אווירית לקילומטר נוסעים, וחשמל מאפשר שימוש במקורות אנרגיה מתחדשים לצמצום פליטות נוספות.מדינות רבות מחויבות לדהום רשתות הרכבות שלהם.FLT:0IndiagliaFLT:1 שואפת להשיג 100% חשמל עד 2023–24, בעוד ש-LT2SwedenFLT 3 ו-Fspeederlimate כבר פועל עד כה על ידי 1 מ-R.

הנדסת רכבות מודרנית גם לאמץ את ה-FLT:0 (דיגיטליזציה של ההרחבה) 1 (FLT:2 ;2) הנדסת רכבות מודרנית (FLT 3: 4) ,EuroalizationalizationalizationalizationFLT:5 להחליף אותות מסורתיים עם תצוגות של cab, שיפור יכולת ובטיחות.

איורים מרכזיים ומיילסטון בחשמלת רכבת

Key Milestones in Railway Electrification
Year Event Significance
1879 Siemens electric locomotive demonstration, Berlin First practical electric railway
1881 Berlin-Lichterfelde tramway First commercial electric streetcar
1895 Baltimore & Ohio tunnel electrification First mainline electrification in U.S.
1902 Valtellina line electrification, Italy First mainline three-phase AC system
1912 Simplon Tunnel electrification Demonstrated electric advantage in long tunnels
1935 Pennsylvania Railroad electrification Major U.S. mainline AC electrification
1964 Shinkansen debut, Japan First dedicated high-speed electric system
1981 TGV service launch, France European high-speed benchmark
2003 Shanghai Transrapid maglev First commercial maglev line
2018 Coradia iLint hydrogen train enters service First commercial hydrogen passenger train

מסקנה

ההיסטוריה של הנדסת רכבות מ-Steam ועד רכבות חשמליות היא סיפור של חדשנות מתמשכת המונעת על ידי ההספקים של מהירות, יכולת, ניקיון ויעילות. קטרים קיטור בנו את העולם המודרני, המאפשרת התרחבות תעשייתית וניידות גלובלית בקנה מידה חסר תקדים.אבל החסרונות הסביבתיים והמבצעיים שלהם גרמו להתפתחות של מערכת ההפעלה החשמלית, אשר השתלטה בהדרגה על החובות התובעניים ביותר על רכבות ברחבי העולם.

כיום, רכבות חשמליות שולטות במסדרונות מהירים, רשתות תחבורה עירוניות, ונתיבים כבדים במדינות רבות.שילוב של אנרגיה מתחדשת, אותות דיגיטליים, וחומרים מתקדמים ממשיכים לדחוף את הגבולות של איזו רכבת יכולה להשיג.כפי שהעולם מתמודד עם האתגרים של שינויי אקלים והובלת בר קיימא, הנדסת רכבת נשאר בחזית, בנייה על מורשת שהחלה עם מנוע הקיטור הראשון של טרווייק וממשיך עם מימן והמשך עם קו קיטור חשמלי בלבד.