Железнодорожный транспорт (также известный как железнодорожный транспорт ) — это транспортное средство, использующее колесные транспортные средства, движущиеся по рельсам , которые обычно состоят из двух параллельных стальных рельсов . [1] Железнодорожный транспорт является одним из двух основных видов наземного транспорта , наряду с автомобильным транспортом . Он используется для примерно 8% пассажирских и грузовых перевозок во всем мире, [2] благодаря своей энергоэффективности [2] и потенциально высокой скорости .
Подвижной состав на рельсах обычно сталкивается с меньшим сопротивлением трения , чем дорожные транспортные средства на резиновых шинах, что позволяет сцеплять вагоны в более длинные поезда . Энергия обычно обеспечивается дизельными или электрическими локомотивами . Хотя железнодорожный транспорт является капиталоемким и менее гибким, чем автомобильный, он может перевозить большие объемы пассажиров и грузов с большей энергоэффективностью и безопасностью. [a]
Предшественники железных дорог, приводимых в движение силой человека или животных, существовали с античности, но современный железнодорожный транспорт начался с изобретения паровоза в Соединенном Королевстве в начале 19 века. Первая пассажирская железная дорога, Стоктон и Дарлингтон , открылась в 1825 году. Быстрое распространение железных дорог по всей Европе и Северной Америке после открытия в 1830 году первого междугороднего сообщения в Англии стало ключевым компонентом промышленной революции . Внедрение железнодорожного транспорта снизило стоимость доставки по сравнению с водным транспортом, что привело к появлению «национальных рынков», на которых цены меньше различались от города к городу.
В 1880-х годах началась электрификация железных дорог с трамваев и систем скоростного транспорта. Начиная с 1940-х годов паровозы были заменены тепловозами . Первая высокоскоростная железнодорожная система была введена в Японии в 1964 году, и высокоскоростные железнодорожные линии теперь соединяют многие города в Европе , Восточной Азии и восточной части Соединенных Штатов . После некоторого спада из-за конкуренции со стороны автомобилей и самолетов, железнодорожный транспорт возродился в последние десятилетия из-за загруженности дорог и роста цен на топливо, а также из-за того, что правительства инвестируют в железные дороги как средство сокращения выбросов CO2 .
Гладкие, прочные дорожные покрытия создавались для колесных транспортных средств с доисторических времен. В некоторых случаях они были узкими и парными, чтобы поддерживать только колеса. То есть, это были пути для повозок или колеи. Некоторые имели канавки или фланцы или другие механические средства, чтобы удерживать колеса на пути.
Например, данные свидетельствуют о том, что мощеная дорога Диолкос длиной от 6 до 8,5 км перевозила лодки через Коринфский перешеек в Греции примерно с 600 г. до н. э. Диолкос использовался более 650 лет, по крайней мере до 1-го века н. э. [3] Мощеные дороги также были позже построены в Римском Египте . [4]
В 1515 году кардинал Маттеус Ланг написал описание Рейссзуга , фуникулера в крепости Хоэнзальцбург в Австрии. Первоначально линия использовала деревянные рельсы и пеньковый канат для тяги и управлялась силой человека или животного через гусеничное колесо . [5] Линия все еще функционирует, хотя и в обновленном виде, и, возможно, является старейшей действующей железной дорогой. [6]
Вагонные пути (или трамвайные пути ) с деревянными рельсами, тянущимися лошадьми, начали появляться в 1550-х годах для облегчения транспортировки рудных бочек в шахты и из шахт и вскоре стали популярными в Европе. Такая операция была проиллюстрирована в Германии в 1556 году Георгиусом Агриколой в его работе De re metallica . [7] Эта линия использовала тележки «Hund» с нефланцевыми колесами, движущимися по деревянным доскам, и вертикальным штифтом на тележке, вставленным в зазор между досками, чтобы она двигалась в правильном направлении. Шахтеры называли вагоны Hunde («собаки») из-за шума, который они производили на путях. [8]
Существует множество ссылок на их использование в Центральной Европе в XVI веке. [9] Такая транспортная система позднее использовалась немецкими шахтерами в Колдбеке , Камбрия , Англия, возможно, с 1560-х годов. [10] В Прескоте , недалеко от Ливерпуля , была построена гужевая дорога где-то около 1600 года, возможно, уже в 1594 году. Принадлежащая Филиппу Лейтону, линия перевозила уголь из шахты около Прескот-холла к конечной станции примерно в полумиле (800 м) от нее. [11] Фуникулер также был построен в Брозли в Шропшире незадолго до 1604 года. Он доставлял уголь для Джеймса Клиффорда из его шахт вниз к реке Северн , где его загружали на баржи и отправляли в прибрежные города. [12] Wollaton Wagonway , построенная в 1604 году Хантингдоном Бомонтом , иногда ошибочно упоминается как самая ранняя британская железная дорога. Она проходила от Стрелли до Wollaton около Ноттингема . [13]
Middleton Railway в Лидсе , построенная в 1758 году, позже стала старейшей в мире действующей железной дорогой (кроме фуникулеров), хотя теперь и в модернизированном виде. В 1764 году первая железная дорога в Америке была построена в Льюистоне, штат Нью-Йорк . [14]
В конце 1760-х годов компания Coalbrookdale начала крепить чугунные пластины к верхней поверхности деревянных рельсов. Это позволило использовать вариацию колеи . Сначала для поворота можно было использовать только воздушные шары , но позже были введены в эксплуатацию подвижные точки, которые позволяли переключаться. [15]
Была введена система, в которой колеса без реборд двигались по L-образным металлическим пластинам, которые стали известны как plateways . Джон Карр , управляющий угольной шахтой Шеффилда , изобрел этот ребордный рельс в 1787 году, хотя точная дата этого оспаривается. Пластинчатый рельс был взят на вооружение Бенджамином Аутрамом для вагонных путей, обслуживающих его каналы, и производился на его металлургическом заводе Баттерли . В 1803 году Уильям Джессоп открыл Surrey Iron Railway , двухпутную plateway, ошибочно иногда упоминаемую как первая в мире общественная железная дорога, на юге Лондона. [16]
Уильям Джессоп ранее успешно использовал форму рельса с полностью железным краем и ребордные колеса для расширения канала Чарнвуд-Форест в Нанпантане , Лафборо, Лестершир в 1789 году. В 1790 году Джессоп и его партнер Аутрам начали производить рельсы с краем. Джессоп стал партнером в компании Butterley в 1790 году. Первым общественным рельсом (и, следовательно, первой общественной железной дорогой), построенным в 1796 году, была Lake Lock Rail Road. Хотя основной целью линии была перевозка угля, она также перевозила пассажиров.
Эти две системы строительства железных железных дорог, рельс с пластиной "L" и рельс с гладким краем, продолжали существовать бок о бок вплоть до начала 19 века. Колесо с ребордой и рельс с краем в конечном итоге доказали свое превосходство и стали стандартом для железных дорог.
Чугун, используемый в рельсах, оказался неудовлетворительным, поскольку был хрупким и ломался под большими нагрузками. Кованое железо , изобретенное Джоном Биркиншоу в 1820 году, заменило чугун. Кованое железо, обычно называемое просто «железом», было пластичным материалом, который мог подвергаться значительной деформации перед разрушением, что делало его более подходящим для железных рельсов. Но производство железа было дорогим, пока Генри Корт не запатентовал процесс пудлингования в 1784 году. В 1783 году Корт также запатентовал процесс прокатки , который был в 15 раз быстрее при консолидации и формовании железа, чем ковка. [17] Эти процессы значительно снизили стоимость производства железа и рельсов. Следующим важным достижением в производстве железа стало горячее дутье, разработанное Джеймсом Бомонтом Нейлсоном (запатентовано в 1828 году), что значительно уменьшило количество кокса (топлива) или древесного угля, необходимого для производства чугуна. [18] Кованое железо было мягким материалом, содержащим шлак или дросс . Мягкость и шлак, как правило, приводили к деформации и расслоению железных рельсов, и они служили менее 10 лет. Иногда они служили всего один год при интенсивном движении. Все эти разработки в производстве железа в конечном итоге привели к замене композитных рельсов из дерева и железа на высококачественные цельножелезные рельсы. Внедрение бессемеровского процесса , позволившее производить сталь недорого, привело к эпохе большого расширения железных дорог, которая началась в конце 1860-х годов. Стальные рельсы служили в несколько раз дольше, чем железные. [19] [20] [21] Стальные рельсы сделали возможными более тяжелые локомотивы, что позволило пускать более длинные поезда и повысить производительность железных дорог. [22] Бессемеровский процесс вводил в сталь азот, из-за чего сталь становилась хрупкой со временем. Мартенеровская печь начала заменять бессемеровский процесс ближе к концу 19 века, улучшая качество стали и еще больше снижая затраты. Таким образом, сталь полностью заменила использование железа в рельсах, став стандартом для всех железных дорог.
Первая пассажирская конка или трамвай , Суонси и Мамблсская железная дорога , была открыта между Суонси и Мамблсом в Уэльсе в 1807 году. [23] Лошади оставались предпочтительным видом трамвайного транспорта даже после появления паровых двигателей до конца XIX века, поскольку они были чище по сравнению с паровыми трамваями, которые вызывали задымление на городских улицах.
В 1784 году Джеймс Уатт , шотландский изобретатель и инженер-механик, запатентовал конструкцию паровоза . Уатт усовершенствовал паровую машину Томаса Ньюкомена , которая до сих пор использовалась для откачки воды из шахт, и в 1769 году разработал поршневой двигатель, способный приводить в действие колесо. Это был большой стационарный двигатель , приводивший в действие хлопчатобумажные фабрики и различные машины; состояние технологии котлов требовало использования пара низкого давления, действующего на вакуум в цилиндре, что требовало отдельного конденсатора и воздушного насоса . Тем не менее, по мере совершенствования конструкции котлов Уатт исследовал использование пара высокого давления, действующего непосредственно на поршень, что повысило возможность создания меньшего двигателя, который мог бы использоваться для приведения в действие транспортного средства. После получения патента сотрудник Уатта Уильям Мердок в том же году изготовил рабочую модель самоходной паровой повозки. [24]
Первый полномасштабный рабочий железнодорожный паровоз был построен в Соединенном Королевстве в 1804 году Ричардом Тревитиком , британским инженером, родившимся в Корнуолле . Он использовал пар высокого давления для приведения двигателя в действие одним рабочим ходом. Система трансмиссии использовала большой маховик для выравнивания действия поршневого штока. 21 февраля 1804 года состоялась первая в мире поездка по железной дороге на паровой тяге, когда безымянный паровоз Тревитика тянул поезд по трамвайной линии металлургического завода Пенидаррен , недалеко от Мертир-Тидвила в Южном Уэльсе . [25] [26] Позже Тревитик продемонстрировал локомотив, работающий на участке кольцевого рельсового пути в Блумсбери , Лондон, под названием «Поймай меня, кто сможет» , но так и не продвинулся дальше экспериментальной стадии с железнодорожными локомотивами, не в последнюю очередь потому, что его двигатели были слишком тяжелыми для чугунных пластинчатых путей, которые тогда использовались. [27]
Первым коммерчески успешным паровозом был зубчатый локомотив Salamanca Мэтью Мюррея , построенный для Middleton Railway в Лидсе в 1812 году. Этот двухцилиндровый локомотив был достаточно легким, чтобы не ломать рельсы-края , и решил проблему сцепления зубчатым колесом с помощью зубьев, отлитых сбоку одного из рельсов. Таким образом, это была также первая зубчатая железная дорога .
За этим последовал локомотив Puffing Billy, построенный в 1813 году Кристофером Блэкеттом и Уильямом Хедли для железной дороги Wylam Colliery, первый успешный локомотив, работающий только за счет сцепления . Это было достигнуто путем распределения веса между несколькими колесами. Puffing Billy сейчас экспонируется в Музее науки в Лондоне и является старейшим существующим локомотивом. [28] [29]
В 1814 году Джордж Стефенсон , вдохновленный ранними локомотивами Тревитика, Мюррея и Хедли, убедил управляющего угольной шахты Киллингворт , где он работал, позволить ему построить паровую машину. Стефенсон сыграл ключевую роль в разработке и широком внедрении паровоза. Его проекты значительно улучшили работу более ранних пионеров. Он построил локомотив Blücher , также успешный локомотив с ребордным сцеплением колес. В 1825 году он построил локомотив Locomotion для железной дороги Стоктон и Дарлингтон на северо-востоке Англии, которая стала первой в мире общественной паровой железной дорогой в 1825 году, хотя она использовала как лошадиную силу, так и силу пара на разных участках. В 1829 году он построил локомотив Rocket , который принял участие и выиграл испытания Rainhill . Этот успех привел к тому, что Стефенсон сделал свою компанию ведущим производителем паровозов для железных дорог Великобритании и Ирландии, Соединенных Штатов и большей части Европы. [30] : 24–30 Первой общественной железной дорогой, которая все время использовала только паровозы, была Ливерпульско-Манчестерская железная дорога , построенная в 1830 году. [31]
Паровая энергия продолжала оставаться доминирующей системой электроснабжения на железных дорогах по всему миру на протяжении более столетия.
Первый известный электровоз был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина в Шотландии, и он работал на гальванических элементах (батареях). Таким образом, это был также самый ранний электровоз с батарейным питанием. Позже Дэвидсон построил более крупный локомотив под названием Galvani , выставленный на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Семитонное транспортное средство имело два прямоприводных реактивных двигателя с фиксированными электромагнитами, действующими на железные стержни, прикрепленные к деревянному цилиндру на каждой оси, и простые коммутаторы . Он тянул груз в шесть тонн со скоростью четыре мили в час (6 километров в час) на расстояние в полторы мили (2,4 километра). Он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго в сентябре следующего года, но ограниченная мощность батарей помешала его широкому использованию. Он был уничтожен железнодорожниками, которые увидели в нем угрозу своей безопасности на работе. [32] [33] [34] К середине девятнадцатого века большинство европейских стран использовали железные дороги в военных целях. [35]
Вернер фон Сименс продемонстрировал электрическую железную дорогу в 1879 году в Берлине. Первая в мире электрическая трамвайная линия, Gross-Lichterfelde Tramway , открылась в Лихтерфельде недалеко от Берлина , Германия, в 1881 году. Она была построена компанией Siemens. Трамвай работал на постоянном токе напряжением 180 вольт, который подавался по рельсам. В 1891 году путь был оборудован контактным проводом , и линия была продлена до станции Berlin-Lichterfelde West . Volk's Electric Railway открылась в 1883 году в Брайтоне , Англия. Железная дорога до сих пор функционирует, что делает ее старейшей действующей электрической железной дорогой в мире. Также в 1883 году открылся трамвай Mödling and Hinterbrühl недалеко от Вены в Австрии. Это была первая в мире регулярная трамвайная линия, работающая от контактной линии. Пять лет спустя, в 1888 году, в США электрические трамваи впервые появились на пассажирской железной дороге Ричмонд-Юнион , используя оборудование, разработанное Фрэнком Дж. Спрагом . [36]
Первое использование электрификации на основной линии было на четырехмильном участке Baltimore Belt Line железной дороги Baltimore and Ohio Railroad (B&O) в 1895 году, соединяющем основную часть B&O с новой линией в Нью-Йорк через ряд туннелей по краям центра Балтимора. Электричество быстро стало предпочтительным источником питания для метро, чему способствовало изобретение Спрагом управления многосекционными поездами в 1897 году. К началу 1900-х годов большинство уличных железных дорог были электрифицированы.
Лондонское метро , старейшая в мире подземная железная дорога, открылось в 1863 году, а в 1890 году оно начало эксплуатировать электрифицированные услуги с использованием четвертой рельсовой системы на железной дороге Сити и Южного Лондона , которая теперь является частью Северной линии Лондонского метрополитена . Это была первая крупная железная дорога, использующая электрическую тягу . Первая в мире глубокая электрическая железная дорога, она проходит от лондонского Сити , под рекой Темзой , до Стокуэлла на юге Лондона. [37]
Первый практический электровоз переменного тока был разработан Чарльзом Брауном , тогда работавшим на Oerlikon , Цюрих. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффене-на-Неккаре и Франкфуртом-на-Майне -Вестфалии на расстояние 280 км (170 миль). Используя опыт, полученный им во время работы на Жана Хайльмана над проектами паровозов, Браун заметил, что трехфазные двигатели имеют более высокое отношение мощности к весу, чем двигатели постоянного тока , и из-за отсутствия коммутатора их проще производить и обслуживать. [b] Однако они были намного больше двигателей постоянного тока того времени и не могли быть установлены в подпольных тележках : их можно было перевозить только внутри кузовов локомотивов. [39]
В 1894 году венгерский инженер Кальман Кандо разработал новый тип 3-фазных асинхронных электродвигателей и генераторов для электровозов. Ранние разработки Кандо 1894 года были впервые применены в коротком трехфазном трамвае переменного тока в Эвиан-ле-Бен (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами. [40] [41]
В 1896 году компания Oerlikon установила первый коммерческий образец системы на трамвае Лугано . Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л. с.), работавших от трехфазного тока 750 В 40 Гц, питаемого от двух воздушных линий. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают рекуперативное торможение , а также хорошо подходят для крутых уклонов, и первые магистральные трехфазные локомотивы были поставлены компанией Brown (к тому времени в партнерстве с Walter Boveri ) в 1899 году на 40-километровую линию Бургдорф–Тун , Швейцария.
Итальянские железные дороги были первыми в мире, кто ввел электрическую тягу на всю длину главной линии, а не на короткий участок. 106-километровая линия Вальтеллина была открыта 4 сентября 1902 года, спроектированная Кандо и командой из завода Ганц. [42] [43] Электрическая система была трехфазной на 3 кВ 15 Гц. В 1918 году [44] Кандо изобрел и разработал роторный фазовый преобразователь , позволяющий электровозам использовать трехфазные двигатели, при этом питание осуществлялось через один воздушный провод, переносящий простую промышленную частоту (50 Гц) однофазного переменного тока высоковольтных национальных сетей. [43]
Важный вклад в более широкое внедрение тяги переменного тока внесла французская компания SNCF после Второй мировой войны. Компания провела испытания переменного тока частотой 50 Гц и установила его в качестве стандарта. После успешных испытаний SNCF частота 50 Гц, теперь также называемая промышленной частотой, была принята в качестве стандарта для магистральных линий по всему миру. [45]
Самые ранние зарегистрированные примеры двигателя внутреннего сгорания для использования на железной дороге включали прототип, разработанный Уильямом Дентом Пристманом . Сэр Уильям Томсон исследовал его в 1888 году и описал его как «масляный двигатель Пристмана, установленный на тележке, которая работала на временной линии рельсов, чтобы показать адаптацию нефтяного двигателя для локомотивных целей». [46] [47] В 1894 году двухосная машина мощностью 20 л. с. (15 кВт), построенная братьями Пристман, использовалась в доках Халла . [48]
В 1906 году Рудольф Дизель , Адольф Клозе и производитель паровых и дизельных двигателей Gebrüder Sulzer основали Diesel-Sulzer-Klose GmbH для производства дизельных локомотивов. Sulzer производил дизельные двигатели с 1898 года. Прусские государственные железные дороги заказали у компании тепловоз в 1909 году. Первый в мире дизельный локомотив был запущен летом 1912 года на железной дороге Винтертур-Романсхорн в Швейцарии, но не имел коммерческого успеха. [49] Вес локомотива составлял 95 тонн, мощность — 883 кВт, максимальная скорость — 100 км/ч (62 мили в час). [50] Небольшое количество прототипов дизельных локомотивов было произведено в ряде стран до середины 1920-х годов. Советский Союз эксплуатировал три экспериментальных единицы различных конструкций с конца 1925 года, хотя только одна из них ( E el-2 ) оказалась технически жизнеспособной. [51]
Значительный прорыв произошел в 1914 году, когда Герман Лемп , инженер-электрик General Electric , разработал и запатентовал надежную систему электрического управления постоянного тока (последующие усовершенствования также были запатентованы Лемпом). [52] Конструкция Лемпа использовала один рычаг для управления как двигателем, так и генератором скоординированным образом и стала прототипом для всех систем управления дизель-электрическими локомотивами . В 1914 году первые в мире функциональные дизель-электрические дрезины были произведены для Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen ( Королевские Саксонские государственные железные дороги ) компанией Waggonfabrik Rastatt с электрооборудованием от Brown, Boveri & Cie и дизельными двигателями от Swiss Sulzer AG . Они были классифицированы как DET 1 и DET 2 (de.wiki). Первыми регулярно используемыми дизель-электрическими локомотивами были маневровые локомотивы . В 1930-х годах компания General Electric выпустила несколько небольших маневровых локомотивов (знаменитый маневровый локомотив грузоподъемностью 44 тонны был представлен в 1940 году). Компании Westinghouse Electric и Baldwin сотрудничали в создании маневровых локомотивов, начиная с 1929 года.
В 1929 году Канадские национальные железные дороги стали первой североамериканской железной дорогой, которая использовала дизельные двигатели на магистральных линиях, используя два локомотива, 9000 и 9001, производства Westinghouse. [53]
Хотя паровозы и дизельные поезда, развивавшие скорость до 200 км/ч (120 миль/ч), появились в Европе еще до 1960-х годов, они не пользовались большим успехом.https://www.lococarriage.org.uk/high_speed_rail.html
Первая электрифицированная высокоскоростная железная дорога Токайдо Синкансэн была введена в эксплуатацию в 1964 году между Токио и Осакой в Японии. С тех пор высокоскоростной железнодорожный транспорт, работающий на скоростях до и выше 300 км/ч (190 миль/ч), был построен в Японии, Испании, Франции, Германии, Италии, Китайской Народной Республике, Тайване (Китайская Республика), Великобритании , Южной Корее , Скандинавии , Бельгии и Нидерландах . Строительство многих из этих линий привело к резкому снижению количества коротких рейсов и автомобильного движения между связанными городами, такими как коридор Лондон–Париж–Брюссель, Мадрид–Барселона, Милан–Рим–Неаполь, а также многие другие основные линии. [ необходима цитата ]
Высокоскоростные поезда обычно ходят по стандартным колеям из непрерывно сварных рельсов на разделенной на уровни полосе отвода , которая включает в себя большой радиус поворота в своей конструкции. Хотя высокоскоростные железные дороги чаще всего предназначены для пассажирских перевозок, некоторые высокоскоростные системы также предлагают грузовые перевозки.
С 1980 года железнодорожный транспорт претерпел существенные изменения, однако ряд исторических железных дорог продолжают функционировать как часть живой истории , сохраняя и поддерживая старые железнодорожные линии для обслуживания туристических поездов.
Поезд — это связанная серия рельсовых транспортных средств, которые движутся по рельсам. Движение поезда обеспечивается отдельным локомотивом или отдельными двигателями в самоходных составах. Большинство поездов перевозят коммерческий груз, хотя существуют и некоммерческие вагоны для собственных нужд железной дороги, например, для обслуживания пути . Машинист (инженер в Северной Америке) управляет локомотивом или другими силовыми вагонами, хотя пассажирские и некоторые скоростные поезда находятся под автоматическим управлением.
Традиционно поезда тянутся с помощью локомотива. Это подразумевает, что один или несколько транспортных средств с двигателем располагаются в передней части поезда, обеспечивая достаточную силу тяги для перевозки веса всего поезда. Такая компоновка остается доминирующей для грузовых поездов и часто используется для пассажирских поездов. В поезде push-pull конечный пассажирский вагон оборудован кабиной машиниста, так что машинист может дистанционно управлять локомотивом. Это позволяет устранить один из недостатков поезда с локомотивной тягой, поскольку локомотив не нужно перемещать в начало поезда каждый раз, когда поезд меняет направление. Железнодорожный вагон — это транспортное средство, используемое для перевозки пассажиров или грузов.
Моторизованный поезд имеет приводные колеса по всему поезду. Они используются для скоростных транзитных и трамвайных систем, а также для многих как коротких, так и дальних пассажирских поездов. Дрезина — это одиночный, самоходный вагон, который может приводиться в движение электродвигателем или дизельным двигателем . Моторизованные поезда имеют кабину машиниста на каждом конце и были разработаны в соответствии с возможностью создания электродвигателей и других двигателей, достаточно маленьких, чтобы поместиться под вагоном. Существует всего несколько грузовых моторизованных поездов, большинство из которых являются высокоскоростными почтовыми поездами.
Паровозы — это локомотивы с паровым двигателем , который обеспечивает сцепление. Уголь , нефть или древесина сжигаются в топке , кипятя воду в котле для создания пара под давлением. Пар проходит через дымовую коробку , прежде чем выйти через дымоход или дымовую трубу. В процессе он приводит в действие поршень , который передает мощность непосредственно через шатун (США: главный стержень) и шатунную шейку (США: wristpin) на ведущее колесо (США главный водитель) или на кривошип на ведущей оси. Паровозы были выведены из эксплуатации в большинстве частей света по экономическим и безопасным причинам, хотя многие из них сохранились в рабочем состоянии на исторических железных дорогах .
Электровозы получают питание от стационарного источника через контактный провод или третий рельс . Некоторые также или вместо этого используют аккумулятор . В локомотивах, которые питаются от переменного тока высокого напряжения , трансформатор в локомотиве преобразует высоковольтную низковольтную мощность в низковольтную высоковольтную мощность, используемую в тяговых двигателях , которые приводят в действие колеса. Современные локомотивы могут использовать трехфазные асинхронные двигатели переменного тока или двигатели постоянного тока . При определенных условиях электровозы являются самой мощной тягой. [ необходима цитата ] Они также являются самыми дешевыми в эксплуатации и обеспечивают меньше шума и отсутствие локального загрязнения воздуха. [ необходима цитата ] Однако они требуют больших капиталовложений как для воздушных линий , так и для вспомогательной инфраструктуры, а также для генерирующей станции, которая необходима для производства электроэнергии. Соответственно, электрическая тяга используется в городских системах, линиях с интенсивным движением и для высокоскоростных железных дорог.
Тепловозы используют дизельный двигатель в качестве первичного двигателя . Передача энергии может быть дизель-электрической , дизель-механической или дизель-гидравлической, но дизель-электрическая является доминирующей. Электродизельные локомотивы построены для работы в качестве дизель-электрических на неэлектрифицированных участках и в качестве электровозов на электрифицированных участках.
Альтернативные методы привода включают магнитную левитацию , конную тягу, канат , гравитацию, пневматику и газовую турбину .
.jpg/1280px-Shenzhen_Guangzhou_high_speed_train_new_rolling_stock_China_(37116926035).jpg)
Пассажирский поезд останавливается на станциях, где пассажиры могут садиться и высаживаться. Надзор за поездом является обязанностью проводника /менеджера поезда/кондуктора . Пассажирские поезда являются частью общественного транспорта и часто составляют основу обслуживания, с автобусами, курсирующими до станций. Пассажирские поезда обеспечивают междугородние поездки на дальние расстояния, ежедневные пригородные поездки или местные городские транзитные услуги, работая с различными транспортными средствами, скоростями работы, требованиями к праву проезда и частотой обслуживания. Частота обслуживания часто выражается в количестве поездов в час (т/ч). [54] Пассажирские поезда обычно могут быть двух типов эксплуатации: междугородние железнодорожные и внутригородские транзитные. В то время как междугородние железнодорожные перевозки предполагают более высокие скорости, более длинные маршруты и более низкую частоту (обычно по расписанию), внутригородские транзитные перевозки предполагают более низкие скорости, более короткие маршруты и более высокую частоту (особенно в часы пик). [55] Междугородние поезда — это поезда дальнего следования, которые курсируют с небольшим количеством остановок между городами. Поезда, как правило, имеют такие удобства, как вагон-ресторан . Некоторые линии также предоставляют ночные услуги со спальными вагонами . Некоторые поезда дальнего следования получили особое название . Региональные поезда — это поезда средней дальности, которые соединяют города с отдаленными, прилегающими районами или предоставляют региональные услуги, делая больше остановок и имея более низкую скорость. Пригородные поезда обслуживают пригороды городских районов, обеспечивая ежедневные поездки . Аэропортовые железнодорожные линии обеспечивают быстрый доступ из городских центров в аэропорты .
Высокоскоростные железные дороги — это специальные междугородние поезда, которые ездят на гораздо более высоких скоростях, чем обычные железные дороги, пределом считается 200–350 километров в час (120–220 миль в час). Высокоскоростные поезда используются в основном для дальних перевозок, и большинство систем находятся в Западной Европе и Восточной Азии. Поезда на магнитной подушке, такие как шанхайский поезд на магнитной подушке, используют подземные магниты, которые притягиваются вверх к нижней стороне направляющего пути, и эта линия достигла несколько более высоких пиковых скоростей в повседневной эксплуатации, чем обычные высокоскоростные железные дороги, хотя и только на коротких расстояниях. Из-за их повышенных скоростей, трассы высокоскоростных железных дорог, как правило, имеют более широкие кривые, чем обычные железные дороги, но могут иметь более крутые уклоны, которые легче преодолеваются поездами с большой кинетической энергией.
Высокая кинетическая энергия приводит к более высокому соотношению лошадиных сил к тонне (например, 20 лошадиных сил на короткую тонну или 16 киловатт на тонну); это позволяет поездам ускоряться и поддерживать более высокие скорости и преодолевать крутые склоны по мере того, как импульс нарастает и восстанавливается на спусках (снижая требования к выемке, заполнению и прокладке туннелей). Поскольку на кривых действуют боковые силы, кривизны проектируются с максимально возможным радиусом. Все эти особенности кардинально отличаются от грузовых перевозок, что оправдывает строительство эксклюзивных высокоскоростных железнодорожных линий, если это экономически целесообразно. [55]
Высокоскоростные железнодорожные услуги — это междугородние железнодорожные услуги, которые имеют максимальную скорость выше, чем у обычных междугородних поездов, но скорости не такие высокие, как у высокоскоростных железнодорожных услуг. Эти услуги предоставляются после усовершенствования обычной железнодорожной инфраструктуры для поддержки поездов, которые могут безопасно работать на более высоких скоростях.
Скоростной транспорт — это внутригородская система, построенная в крупных городах, которая имеет самую высокую пропускную способность среди всех пассажирских транспортных систем. Обычно она разделена на уровни и обычно строится под землей или на возвышении. На уровне улицы могут использоваться меньшие трамваи . Легкорельсовые дороги — это модернизированные трамваи, которые имеют доступ без ступенек, собственное право проезда и иногда секции под землей. Монорельсовые системы — это надземные системы средней пропускной способности. People mover — это поезд без машиниста с разделением уровней, который обслуживает только несколько станций в качестве шаттла. Из-за отсутствия единообразия в системах скоростного транспорта выравнивание маршрутов различается, с различными правами проезда (частная земля, обочина дороги, разделительная полоса улицы) и геометрическими характеристиками (крутые или широкие повороты, крутые или пологие уклоны). Например, поезда чикагской линии «L» спроектированы с чрезвычайно короткими вагонами для преодоления крутых поворотов в Loop . PATH в Нью-Джерси имеет вагоны схожего размера для прохождения поворотов в туннелях через Гудзон. BART в Сан-Франциско использует большие вагоны на своих маршрутах. [55]
Грузовые поезда перевозят грузы с использованием грузовых вагонов, специализированных для данного типа товаров. Грузовые поезда очень эффективны, с экономией масштаба и высокой энергоэффективностью. [56] Однако их использование может быть ограничено из-за отсутствия гибкости, если есть необходимость в перевалке на обоих концах пути из-за отсутствия путей к пунктам погрузки и доставки. Власти часто поощряют использование грузового железнодорожного транспорта из-за его эффективности и снижения дорожного движения. [57]
Контейнерные поезда стали широко использоваться во многих местах для общих грузовых перевозок, особенно в Северной Америке, где двойное штабелирование снижает затраты. Контейнеры можно легко перегружать между другими видами транспорта, такими как корабли и грузовики, а также на переездах . Контейнеры пришли на смену крытым вагонам (вагонным), где груз приходилось загружать и выгружать в поезд вручную. Интермодальная контейнеризация грузов произвела революцию в логистической отрасли цепочки поставок , значительно сократив расходы на доставку. В Европе вагон со сдвижными стенками в значительной степени вытеснил обычные крытые вагоны . Другие типы вагонов включают рефрижераторные вагоны , вагоны для скота и авторефрижераторы для дорожных транспортных средств. Когда железная дорога сочетается с автомобильным транспортом, авторельсовый транспортер позволит загонять прицепы на поезд, что обеспечивает легкий переход с автомобильного на железнодорожный транспорт.
Обработка насыпных грузов представляет собой ключевое преимущество для железнодорожного транспорта. Низкие или даже нулевые затраты на перевалку в сочетании с энергоэффективностью и низкими затратами на инвентаризацию позволяют поездам обрабатывать насыпные грузы гораздо дешевле, чем по дорогам. Типичные насыпные грузы включают уголь, руду, зерно и жидкости. Насыпные грузы перевозятся в открытых вагонах , хопперах и цистернах .
Железнодорожные пути прокладываются на земле, принадлежащей или арендуемой железнодорожной компанией. В связи с желательностью поддержания умеренных уклонов, в холмистой или горной местности рельсы часто прокладываются по обходным путям. Длина маршрута и требования к уклону могут быть уменьшены за счет использования чередующихся выемок , мостов и туннелей — все это может значительно увеличить капитальные затраты, необходимые для разработки полосы отвода, при этом значительно сокращая эксплуатационные расходы и позволяя развивать более высокие скорости на кривых большего радиуса. В густонаселенных районах железные дороги иногда прокладываются в туннелях, чтобы минимизировать воздействие на существующие объекты.
Путь состоит из двух параллельных стальных рельсов, закрепленных перпендикулярно к элементам, называемым шпалами (шпалами) из древесины, бетона, стали или пластика, чтобы поддерживать постоянное расстояние друг от друга или ширину рельсовой колеи . Возможны и другие варианты, такие как «плитный путь», в котором рельсы крепятся к бетонному основанию, покоящемуся на подготовленной подложке.
Железнодорожная колея обычно подразделяется на стандартную (используется примерно на 70% существующих железнодорожных линий мира), широкую и узкую колею . [58] В дополнение к железнодорожной колее пути будут проложены в соответствии с габаритом погрузки , который определяет максимальную высоту и ширину для железнодорожных транспортных средств и их грузов, чтобы обеспечить безопасный проход через мосты, туннели и другие сооружения.
Рельсы направляют конические, ребордные колеса, удерживая вагоны на пути без активного рулевого управления и, следовательно, позволяя поездам быть намного длиннее, чем дорожные транспортные средства. Рельсы и шпалы обычно устанавливаются на фундаменте из сжатой земли, поверх которой помещается слой балласта для распределения нагрузки от шпал и предотвращения прогиба пути , поскольку со временем грунт оседает под тяжестью проезжающих транспортных средств.
Балласт также служит средством дренажа. Некоторые более современные пути в особых зонах крепятся напрямую без балласта. Путь может быть изготовлен заранее или собран на месте. Сваривая рельсы вместе для формирования отрезков непрерывного сварного рельса , можно противодействовать дополнительному износу подвижного состава, вызванному небольшим поверхностным зазором на стыках между рельсами; это также обеспечивает более тихую езду.
На кривых внешний рельс может быть выше внутреннего. Это называется виражом или наклоном . Это уменьшает силы, стремящиеся сместить рельсы, и делает езду более комфортной для стоящего скота и стоящих или сидящих пассажиров. Определенная величина виража наиболее эффективна в ограниченном диапазоне скоростей.
Стрелки и стрелки – также известные как стрелочные переводы – это средства направления поезда на расходящийся участок пути. Проложенный подобно обычному пути, стрелочный перевод обычно состоит из крестовины ( общего пересечения), контрольных рельсов и двух стрелочных рельсов. Рельсы стрелочных переводов могут перемещаться влево или вправо под управлением сигнальной системы, чтобы определить, по какому пути будет следовать поезд.
Шипы в деревянных шпалах могут ослабнуть со временем, но расколотые и гнилые шпалы можно заменить по отдельности новыми деревянными шпалами или бетонными заменителями. Бетонные шпалы также могут трескаться или раскалываться, и их также можно заменить по отдельности. Если рельсы осядут из-за проседания почвы, их можно поднять с помощью специализированной техники и набить под шпалы дополнительный балласт, чтобы выровнять рельсы.
Периодически балласт необходимо удалять и заменять чистым балластом, чтобы обеспечить адекватный дренаж. Водопропускные трубы и другие проходы для воды должны быть чистыми, чтобы вода не застаивалась в полотне пути, вызывая оползни. Там, где полотно пути проложено вдоль рек, обычно устанавливается дополнительная защита, чтобы предотвратить эрозию берегов во время паводка. Мосты требуют осмотра и обслуживания, поскольку они подвергаются большим скачкам напряжения за короткий промежуток времени, когда по ним проходит тяжелый поезд.
Использование разной ширины колеи в разных регионах мира, а иногда и в пределах одной страны, может затруднять перемещение пассажиров и грузов. Часто сложные механизмы пересадки устанавливаются там, где встречаются две линии с разной шириной колеи, чтобы облегчить движение через разрыв колеи . Страны с использованием нескольких колеи, такие как Индия и Австралия , вложили значительные средства в объединение своих железнодорожных сетей. Китай разрабатывает модернизированный Евразийский сухопутный мост для перевозки грузов по железной дороге в Западную Европу.
Проверка железнодорожного оборудования имеет важное значение для безопасного движения поездов. На железных дорогах мира используются многие типы дефектоскопов . Эти устройства используют технологии, которые варьируются от простой лопатки и переключателя до инфракрасного и лазерного сканирования и даже ультразвукового аудиоанализа . Их использование позволило избежать многих железнодорожных аварий за 70 лет их использования.
Железнодорожная сигнализация — это система, используемая для безопасного управления железнодорожным движением с целью предотвращения столкновений поездов. Поскольку поезда управляются фиксированными рельсами , которые создают малое трение, они особенно подвержены столкновениям, поскольку часто движутся на скоростях, которые не позволяют им быстро остановиться или остановиться в пределах видимости машиниста; дорожные транспортные средства, которые сталкиваются с более высоким уровнем трения между своими резиновыми шинами и поверхностью дороги, имеют гораздо более короткий тормозной путь. Большинство форм управления поездами подразумевают передачу полномочий по движению от лиц, ответственных за каждый участок железнодорожной сети, бригаде поезда. Не все методы требуют использования сигналов, и некоторые системы характерны для однопутных железных дорог.
Процесс сигнализации традиционно осуществляется в сигнальном боксе , небольшом здании, в котором размещается рычажная рама , необходимая сигнальщику для управления стрелками и сигнальным оборудованием. Они размещаются на разных интервалах вдоль маршрута железной дороги, контролируя определенные участки пути. Более поздние технологические разработки сделали такую операционную доктрину излишней с централизацией операций сигнализации в региональных диспетчерских. Этому способствовало более широкое использование компьютеров, что позволило контролировать обширные участки пути из одного места. Обычный метод блокировочной сигнализации делит путь на зоны, охраняемые комбинациями блокировочных сигналов, правил эксплуатации и устройств автоматического управления, так что в любой момент времени на блоке может находиться только один поезд.
Система электрификации обеспечивает электроэнергией поезда, поэтому они могут работать без первичного двигателя на борту. Это позволяет снизить эксплуатационные расходы, но требует больших капиталовложений вдоль линий. Магистральные и трамвайные системы обычно имеют воздушные провода, которые свисают со столбов вдоль линии. Скоростной транзит с разделением по уровням иногда использует наземный третий рельс .
Питание может осуществляться постоянным (DC) или переменным током (AC). Наиболее распространенные напряжения постоянного тока — 600 и 750 В для трамвайных и скоростных транспортных систем, а также 1500 и 3000 В для магистральных линий. Две доминирующие системы переменного тока — 15 кВ и 25 кВ .
Железнодорожная станция служит местом, где пассажиры могут садиться и выходить из поездов. Товарная станция — это двор, который используется исключительно для погрузки и разгрузки грузов. Крупные пассажирские станции имеют по крайней мере одно здание, обеспечивающее удобства для пассажиров, такие как покупка билетов и еды. Меньшие станции обычно состоят только из платформы . Ранние станции иногда строились как с пассажирскими, так и с грузовыми помещениями. [59]
Платформы используются для обеспечения легкого доступа к поездам и соединены друг с другом через подземные переходы , пешеходные мосты и железнодорожные переезды . Некоторые крупные станции построены как тупики , с которых поезда отправляются только в одном направлении. Меньшие станции обычно обслуживают местные жилые районы и могут иметь связь с автобусными линиями. Крупные станции, в частности центральные станции , служат основным узлом общественного транспорта для города и имеют возможность пересадки между железнодорожными службами, а также на скоростной транспорт, трамваи или автобусы.
С 1980-х годов наблюдается растущая тенденция к разделению железнодорожных компаний, когда компании, владеющие подвижным составом, отделяются от компаний, владеющих инфраструктурой. Это особенно актуально в Европе, где такое соглашение требуется Европейским союзом. Это открыло открытый доступ любому оператору поездов к любой части европейской железнодорожной сети. В Великобритании железнодорожные пути принадлежат государству, а контролируемая государством организация ( Network Rail ) управляет, обслуживает и развивает пути, в то время как компании по эксплуатации поездов управляют поездами с момента приватизации в 1990-х годах . [60]
В США практически все железнодорожные сети и инфраструктура за пределами северо-восточного коридора находятся в частной собственности грузовых линий. Пассажирские линии, в первую очередь Amtrak , работают в качестве арендаторов на грузовых линиях. Следовательно, операции должны быть тесно синхронизированы и скоординированы между грузовыми и пассажирскими железными дорогами, при этом пассажирские поезда часто отправляются принимающей грузовой железной дорогой. Благодаря этой общей системе обе регулируются Федеральным управлением железных дорог (FRA) и могут следовать рекомендуемым практикам AREMA для путевых работ и стандартам AAR для транспортных средств. [55]
Основным источником дохода железнодорожных компаний является выручка от продажи билетов (для пассажирских перевозок) и сборы за перевозку грузов. [61] [62] Иногда скидки и месячные проездные доступны для часто путешествующих (например, сезонный билет и проездной на поезд ). Доход от грузоперевозок может продаваться по контейнерным слотам или за целый поезд. Иногда грузоотправитель владеет вагонами и арендует только перевозку. Для пассажирских перевозок доход от рекламы может быть значительным.
Правительства могут выбрать субсидирование железнодорожных перевозок, поскольку железнодорожный транспорт имеет меньше внешних эффектов , чем другие доминирующие виды транспорта. Если железнодорожная компания принадлежит государству, государство может просто предоставлять прямые субсидии в обмен на увеличение производства. Если операции были приватизированы, доступно несколько вариантов. В некоторых странах существует система, в которой инфраструктура принадлежит государственному агентству или компании — с открытым доступом к путям для любой компании, которая соответствует требованиям безопасности. В таких случаях государство может выбрать предоставление путей бесплатно или за плату, которая не покрывает все расходы. Это рассматривается как аналог предоставления правительством бесплатного доступа к дорогам. Для пассажирских перевозок прямая субсидия может выплачиваться государственному оператору, или может быть проведен тендер на выполнение обязательств по оказанию государственных услуг , и ограниченный по времени контракт присуждается участнику, предложившему самую низкую цену. Общий объем железнодорожных субсидий ЕС составил €73 млрд в 2005 году . [63]
Via Rail Canada и пассажирские железнодорожные перевозки в США Amtrak являются частными железнодорожными компаниями, учрежденными соответствующими национальными правительствами. Поскольку частные пассажирские перевозки пришли в упадок из-за конкуренции со стороны автомобилей и авиакомпаний, они стали акционерами Amtrak, либо заплатив денежный вступительный взнос, либо отказавшись от своих локомотивов и подвижного состава. Правительство субсидирует Amtrak, предоставляя стартовый капитал и компенсируя убытки в конце финансового года . [64] [ нужна страница ]
Некоторые поезда движутся быстрее, чем дорожные транспортные средства. Они тяжелые и не могут отклоняться от рельсов, а также имеют более длинный тормозной путь. Возможные несчастные случаи включают сход с рельсов (выскакивание с рельсов) и столкновения с другим поездом или дорожным транспортным средством или с пешеходами на железнодорожных переездах, которые составляют большинство всех железнодорожных аварий и жертв. Чтобы минимизировать риск, наиболее важными мерами безопасности являются строгие правила эксплуатации, например, железнодорожная сигнализация и ворота или разделение уровней на переездах. Поездные свистки , колокола или гудки предупреждают о присутствии поезда, в то время как путевые сигналы поддерживают расстояние между поездами. Другим методом, используемым для повышения безопасности, является добавление платформенных дверей-экранов для отделения платформы от железнодорожных путей. Они предотвращают несанкционированное вторжение на железнодорожные пути, что может привести к несчастным случаям, которые наносят серьезный вред или смерть, а также обеспечивают другие преимущества, такие как предотвращение скопления мусора на путях, что может представлять опасность пожара.
На многих высокоскоростных междугородних сетях, таких как японская Shinkansen , поезда ходят по выделенным железнодорожным линиям без каких-либо железнодорожных переездов. Это важный элемент безопасности системы, поскольку он эффективно устраняет возможность столкновения с автомобилями, другими транспортными средствами или пешеходами и значительно снижает вероятность столкновения с другими поездами. Еще одним преимуществом является то, что услуги на междугородней сети остаются пунктуальными.
Как и любой инфраструктурный актив, железные дороги должны проводить периодические проверки и техническое обслуживание, чтобы минимизировать влияние отказов инфраструктуры, которые могут нарушить операции по получению доходов от грузовых перевозок и пассажирские перевозки. Поскольку пассажиры считаются наиболее важным грузом и обычно ездят на более высоких скоростях, более крутых подъемах и с более высокой пропускной способностью/частотой, их линии особенно важны. Методы проверки включают в себя вагоны для проверки геометрии пути или пешеходный осмотр. Техническое обслуживание кривых, особенно для транзитных перевозок, включает калибровку, затяжку креплений и замену рельсов.
Волнистость рельсов является распространенной проблемой в транзитных системах из-за большого количества легких осей, проходов колес, что приводит к шлифованию интерфейса колеса/рельса. Поскольку техническое обслуживание может совпадать с операциями, окна технического обслуживания (ночные часы, часы непика , изменение расписания или маршрутов поездов) должны тщательно соблюдаться. Кроме того, безопасность пассажиров во время работ по техническому обслуживанию (межпутевое ограждение, надлежащее хранение материалов, уведомления о работах на путях, опасности оборудования вблизи штатов) должны учитываться всегда. Иногда проблемы доступа для технического обслуживания могут возникать из-за туннелей, возвышенных конструкций и перегруженных городских районов. Здесь используется специализированное оборудование или уменьшенные версии обычного оборудования для технического обслуживания. [55]
В отличие от автомагистралей или дорожных сетей , где пропускная способность разбивается на несвязанные поездки по отдельным сегментам маршрута, пропускная способность железной дороги по сути считается сетевой системой. В результате многие компоненты являются причинами и следствиями сбоев системы. Техническое обслуживание должно учитывать широкий спектр производительности маршрута (тип обслуживания поезда, отправная/назначенная точка, сезонные воздействия), пропускную способность линии (длина, рельеф, количество путей, типы управления поездом), пропускную способность поездов (максимальная скорость, темпы ускорения/замедления) и особенности обслуживания с общими пассажирскими и грузовыми путями (подъездные пути, пропускная способность терминалов, маршруты переключения и тип конструкции). [55]
Железнодорожный транспорт является энергосберегающим [67], но капиталоемким [68] видом механизированного наземного транспорта. Рельсы обеспечивают гладкую и твердую поверхность, по которой колеса поезда могут катиться с относительно низким уровнем трения.
Типичный современный вагон может перевозить до 113 тонн (125 коротких тонн) груза на двух четырехколесных тележках . Путь равномерно распределяет вес поезда, что позволяет значительно увеличить нагрузку на ось и колесо, чем в автомобильном транспорте, что приводит к большей энергоэффективности. Поезда имеют меньшую лобовую площадь по отношению к грузу, который они перевозят, что снижает сопротивление воздуха и, следовательно, потребление энергии.
Кроме того, наличие направляющих колес позволяет тянуть очень длинные поезда одним или несколькими локомотивами и управлять ими одному оператору, даже на поворотах, что позволяет экономить как рабочую силу, так и энергию; напротив, в автомобильном транспорте наличие более двух сочленений приводит к вилянию и делает транспортное средство небезопасным.
Если рассматривать только энергию, затрачиваемую на перемещение транспортных средств, и использовать пример городской зоны Лиссабона , то электропоезда, по-видимому, в среднем в 20 раз эффективнее автомобилей для перевозки пассажиров, если учитывать энергию, затрачиваемую на пассажиро-расстояние при схожих коэффициентах занятости. [69] Если учесть автомобиль с расходом топлива около 6 л/100 км (47 миль на галлон -imp ; 39 миль на галлон -US ), то средняя машина в Европе имеет занятость около 1,2 пассажира на автомобиль (коэффициент занятости около 24%), а один литр топлива составляет около 8,8 кВт·ч (32 МДж), что в среднем составляет 441 Вт·ч (1590 кДж) на пассажиро-км. Для сравнения, современный поезд имеет среднюю заполняемость 20% и потребление около 8,5 кВт⋅ч/км (31 МДж/км; 13,7 кВт⋅ч/милю), что соответствует 21,5 Вт⋅ч (77 кДж) на пассажиро-км, что в 20 раз меньше, чем у автомобиля.
Благодаря этим преимуществам железнодорожный транспорт является основным видом пассажирских и грузовых перевозок во многих странах. [68] Он повсеместно распространен в Европе, а его интегрированная сеть охватывает практически весь континент. В Индии, Китае, Южной Корее и Японии многие миллионы людей используют поезда в качестве регулярного транспорта. В Северной Америке грузовые железнодорожные перевозки широко распространены и активно используются, но междугородние пассажирские железнодорожные перевозки относительно редки за пределами Северо-восточного коридора из-за возросшего предпочтения других видов транспорта, в частности автомобилей и самолетов. [64] [ нужна страница ] [70] Однако внедрение новых и улучшенных способов, таких как обеспечение легкой доступности в пределах районов, может помочь сократить использование пассажирами личных транспортных средств и самолетов. [71]
Южная Африка, Северная Африка и Аргентина имеют обширные железнодорожные сети, но некоторые железные дороги в других местах Африки и Южной Америки представляют собой изолированные линии. В Австралии в целом разреженная сеть, соответствующая ее плотности населения, но есть некоторые районы со значительными сетями, особенно на юго-востоке. В дополнение к ранее существовавшей трансконтинентальной линии восток-запад в Австралии, была построена линия с севера на юг. Самая высокогорная железная дорога в мире — это линия до Лхасы в Тибете [72] , частично проходящая по территории вечной мерзлоты. Западная Европа имеет самую высокую плотность железных дорог в мире, и многие отдельные поезда там курсируют через несколько стран, несмотря на технические и организационные различия в каждой национальной сети.
Исторически железные дороги считались центральными для современности и идей прогресса. [73] Процесс модернизации в 19 веке включал переход от пространственно-ориентированного мира к миру, ориентированному на время. Хронометраж стал иметь повышенное значение, что привело к появлению часовых башен на железнодорожных станциях, часов в общественных местах и карманных часов для железнодорожников и путешественников. Поезда следовали точному расписанию и никогда не отправлялись рано, тогда как в досовременную эпоху пассажирские суда отправлялись, когда у капитана было достаточно пассажиров. В досовременную эпоху местное время устанавливалось в полдень, когда солнце находилось в самой высокой точке; это изменилось с введением стандартных часовых поясов . Печатные расписания были удобны для путешественников, но более сложные расписания, называемые заказами на поезд , были необходимы для поездных бригад, рабочих по техническому обслуживанию, персонала станций и для ремонтных и обслуживающих бригад. Структура железнодорожных расписаний была позже адаптирована для различных целей, таких как расписания для автобусов, паромов и самолетов, для радио- и телевизионных программ, для школьных расписаний и для заводских часов. [74]
Изобретение электрического телеграфа в начале 19 века также имело решающее значение для развития и работы железнодорожных сетей. Если плохая погода нарушала работу системы, телеграфисты немедленно передавали исправления и обновления по всей системе. Кроме того, большинство железных дорог были однопутными, с подъездными путями и сигналами, позволяющими поездам с более низким приоритетом переходить на запасные пути и иметь запланированные встречи.
Ученые связывают железные дороги с успешными усилиями государств по построению наций. [75]
По словам историка Генри Адамса , железнодорожная сеть нуждалась в:
Влияние можно рассмотреть по пяти аспектам: судоходство, финансы, управление, карьера и реакция населения.
Железные дороги образуют эффективную сеть для перевозки грузов и пассажиров по крупному национальному рынку; их развитие, таким образом, было выгодно для многих аспектов экономики страны, включая производство, розничную и оптовую торговлю, сельское хозяйство и финансы. К 1940-м годам Соединенные Штаты имели интегрированный национальный рынок, сопоставимый по размеру с рынком Европы, но свободный от внутренних барьеров или тарифов и поддерживаемый общим языком, финансовой системой и правовой системой. [77]
Финансирование железных дорог обеспечило основу для резкого расширения частной (негосударственной) финансовой системы . Строительство железных дорог было намного дороже, чем фабрик: в 1860 году общая сумма железнодорожных акций и облигаций составляла 1,8 млрд долларов; в 1897 году она достигла 10,6 млрд долларов (по сравнению с общим государственным долгом в 1,2 млрд долларов). [78]
Финансирование поступало от финансистов с северо-востока США и из Европы, особенно из Великобритании. [79] Около 10 процентов финансирования поступало от правительства, в частности, в форме земельных грантов, которые реализовывались после завершения определенного количества путей. [80] Возникающая американская финансовая система основывалась на железнодорожных облигациях, и к 1860 году Нью-Йорк был доминирующим финансовым рынком. Британцы вкладывали значительные средства в железные дороги по всему миру, но нигде больше, чем в Соединенных Штатах; общая стоимость облигаций достигла около 3 миллиардов долларов к 1914 году. Однако в 1914–1917 годах британцы ликвидировали свои американские активы, чтобы заплатить за военные поставки. [81] [82]
Руководство железной дороги разработало сложные системы, которые могли обрабатывать гораздо более сложные одновременные отношения, чем те, которые были распространены в других отраслях в то время. Инженеры-строители стали высшим руководством железных дорог. Ведущими американскими новаторами были Western Railroad of Massachusetts и Baltimore and Ohio Railroad в 1840-х годах, Erie Railroad в 1850-х годах и Pennsylvania Railroad в 1860-х годах. [83]
Развитие железных дорог привело к появлению карьер в частном секторе как для рабочих, так и для служащих. Железнодорожный транспорт стал карьерой на всю жизнь для молодых людей; женщин почти никогда не нанимали. Типичный карьерный путь включал в себя найм молодого человека в возрасте 18 лет в качестве рабочего в магазине, повышение до квалифицированного механика в возрасте 24 лет, тормозного кондуктора в 25 лет, грузового кондуктора в 27 лет и пассажирского кондуктора в 57 лет. Карьерные пути служащих также были очерчены: образованные молодые люди начинали с канцелярской или статистической работы и продвигались до станционных агентов или бюрократов в дивизионном или центральном штабе, приобретая дополнительные знания, опыт и человеческий капитал на каждом уровне. Поскольку их было очень трудно заменить, им фактически гарантировали постоянную работу и предоставляли страховку и медицинское обслуживание.
Найм, увольнение и ставки заработной платы устанавливались не бригадирами, а центральными администраторами, чтобы свести к минимуму фаворитизм и личные конфликты. Все делалось по книге, в которой все более сложный набор правил диктовал каждому, что именно следует делать в каждой ситуации, и каковы будут его ранг и оплата. К 1880-м годам профессиональные железнодорожники начали уходить на пенсию, и для них были изобретены пенсионные системы. [84]
Железные дороги способствуют социальной активности и экономической конкурентоспособности, перевозя множество клиентов и рабочих в городские центры и внутренние пригороды . Гонконг признал железную дорогу «основой системы общественного транспорта » и, таким образом, развил свою франчайзинговую автобусную систему и дорожную инфраструктуру в полном соответствии со своими железнодорожными услугами. [85] Крупные города Китая, такие как Пекин , Шанхай и Гуанчжоу, признают железнодорожные транзитные линии в качестве каркаса, а автобусные линии — в качестве основного элемента своих столичных транспортных систем. [86] Японский Shinkansen был построен для удовлетворения растущего спроса на перевозки в «сердце японской промышленности и экономики», расположенном на линии Токио — Кобе . [87]
Железнодорожный транспорт может быть важен для военной деятельности. В 1860-х годах железные дороги служили средством быстрого перемещения войск и поставок во время Гражданской войны в США [88] , а также в Австро-прусской и Франко-прусской войнах [89]. На протяжении всего 20-го века железная дорога была ключевым элементом военных планов для быстрой военной мобилизации , позволяя быстро и эффективно перевозить большое количество резервистов к пунктам сбора, а пехотинцев — на передовую. [90] Так называемые стратегические железные дороги были или строятся в первую очередь для военных целей. Западный фронт во Франции во время Первой мировой войны требовал много поездов с боеприпасами в день. [91] И наоборот, из-за своей стратегической ценности железнодорожные станции и мосты в Германии и оккупированной Франции были основными целями воздушных налетов союзников во время Второй мировой войны. [92] Железнодорожный транспорт и инфраструктура продолжают играть важную роль в современных конфликтах, таких как российское вторжение на Украину , где саботаж железных дорог в Беларуси и России также повлиял на ход войны.
Железные дороги направляют рост в сторону плотных городских агломераций и вдоль их артерий. [ требуется ссылка ] Это контрастирует с расширением автомагистралей , что является показателем транспортной политики США после Второй мировой войны, которая вместо этого поощряет развитие пригородов на периферии мегаполисов, способствуя увеличению пробега транспортных средств , выбросов углерода , развития зеленых насаждений и истощения природных запасов . [ сомнительно – обсудите ] [ требуется ссылка ] Эти договоренности переоценивают городские пространства, местные налоги , [93] стоимость жилья и способствуют развитию смешанного использования . [94] [95]
Также имело место некоторое противодействие развитию железнодорожных сетей. Например, прибытие железных дорог и паровозов в Австрию в 1840-х годах вызвало гнев местных жителей из-за шума, запаха и загрязнения, вызванных поездами, а также ущерба, наносимого домам и окружающей земле сажей и горящими углями двигателя; и поскольку большинство поездок не совершалось на большие расстояния, мало кто пользовался новой линией. [96]
Исследование 2018 года показало, что открытие пекинского метрополитена привело к снижению «концентраций большинства загрязняющих веществ в воздухе (PM 2,5 , PM 10 , SO 2 , NO 2 и CO), но оказало незначительное влияние на загрязнение озонового слоя». [97]
Европейские экономисты, занимающиеся вопросами развития, утверждают, что наличие современной железнодорожной инфраструктуры является важным показателем экономического развития страны: эта перспектива наглядно иллюстрируется Индексом базовой инфраструктуры железнодорожных перевозок (известным как Индекс BRTI). [98]
В 2010 году годовые расходы на железнодорожный транспорт в Китае составили 840 млрд иен (173 млрд долларов США в 2019 году), с 2014 по 2017 год Китай имел годовой целевой показатель в 800 млрд иен (164 млрд долларов США в 2019 году) и планировал потратить 3,5 трлн иен (30 трлн долларов США в 2019 году) в течение 2016–2020 годов. [99]
Индийские железные дороги субсидируются примерно на 260 млрд рупий (5 млрд долларов США в 2019 году), из которых около 60% идет на пригородные железнодорожные перевозки и поездки на короткие расстояния. [100]
Согласно Европейскому индексу эффективности железных дорог 2017 года по интенсивности использования, качеству обслуживания и показателям безопасности, ведущие европейские национальные железнодорожные системы состоят из Швейцарии, Дании, Финляндии, Германии, Австрии, Швеции и Франции. [102] Уровни эффективности показывают положительную корреляцию между государственными расходами и эффективностью данной железнодорожной системы, а также показывают различия в ценности, которую страны получают в обмен на свои государственные расходы. Дания, Финляндия, Франция, Германия, Нидерланды, Швеция и Швейцария получают относительно высокую ценность за свои деньги, в то время как Люксембург, Бельгия, Латвия, Словакия, Португалия, Румыния и Болгария показывают худшие результаты относительно среднего соотношения производительности к стоимости среди европейских стран. [102]
В 2016 году РЖД получили от государства 94,9 млрд рублей (около 1,4 млрд долларов США). [112]
В 2015 году финансирование Amtrak со стороны федерального правительства США составило около 1,4 млрд долларов США. [113] К 2018 году выделенное финансирование увеличилось примерно до 1,9 млрд долларов США. [114]
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ БОГАТСТВА И БЛАГОПОЛУЧИЕ ОБЩЕСТВА.
Город в Южном Уэльсе начал месяцы празднований в честь 200-летия изобретения паровоза. Мертир-Тидвил был местом, где 21 февраля 1804 г. Ричард Тревитик перенес мир в эпоху железных дорог, когда он установил один из своих паровых двигателей высокого давления на трамвайные рельсы местного железного мастера
Эвиан-ле-Бен кандо.
Небольшой двухцилиндровый двигатель был установлен на грузовике, который работал на временной линии рельсов, чтобы показать адаптацию бензинового двигателя для локомотивных целей на трамвайных путях.
В каком-то смысле управление дока было первым пользователем локомотива с масляным двигателем, поскольку именно в доках Халла Северо-Восточной железной дороги локомотив Пристмана проработал в течение короткого периода в 1894 году.
Данные за 2008 год по Италии не предоставлены, поэтому вместо них используются данные за 2007 год
млрд швейцарских франков
£3,5 млрд.
Включает как "Железнодорожные субсидии", так и "Обязательства по предоставлению государственных услуг".
