早期的軌道是木制的,其最大問題是強(qiáng)度低慢蜓,容易破損亚再,承載力很弱。隨著鑄鐵的工業(yè)的發(fā)展晨抡,人們自然把鑄鐵應(yīng)用軌道交通中氛悬,改善軌道運(yùn)輸?shù)男阅堋T谶@章中耘柱,我們主要講述“鐵軌”如捅。
公元16世紀(jì)中葉,1760年代调煎,英國的工業(yè)革命剛開始镜遣。人們?yōu)榱嗽黾幽拒墘勖谚T造鐵條釘在木軌的表面士袄,稱為條形軌道(strap iron rails)烈涮。雖然這個(gè)改進(jìn)了木軌的壽命,但也有不少問題窖剑。
由于,鐵條釘在木軌表面戈稿,隨著車輪和軌面摩擦西土、滾動(dòng),固定釘子容易松動(dòng)鞍盗。有時(shí)候需了,鐵條的一段會(huì)翹起,等下一輛軌道車通過時(shí)般甲,翹起的鐵條會(huì)刺穿正在通過的軌道車的底部肋乍,這類事故稱為擺蛇頭(snakehead)。
鐵條軌道屬于“輕”軌敷存,不能承受重載墓造。這種軌道的優(yōu)點(diǎn)是建造相對廉價(jià),工期較短锚烦。
由于鐵條軌道的顯著缺陷涮俄,另一方面鑄鐵工業(yè)的發(fā)展蛉拙,全鑄鐵的軌道出現(xiàn)。1776年彻亲,一種平板帶緣(“L”形)的鑄鐵軌道代替了木制軌道孕锄,應(yīng)用到馬力軌道運(yùn)輸吮廉。 當(dāng)時(shí)的鑄造技術(shù),軌道短(3英尺畸肆,不到一米)宦芦。 因此整個(gè)軌道建造后不久就變得不很平齊。這種軌道大量地使用了近50年恼除,到1830年踪旷,該軌道的用戶就逐漸減少了。
1789年豁辉,本杰明.O(Benjamin Outram)和他的合作伙伴威利姆.J(William Jessop )發(fā)明一種稱為“魚肚行(fishbelly)”軌道令野,其軌道中間寬兩邊窄,形狀如同魚肚形徽级。輛段窄的部分气破,是軌道之間的連接部。這種軌道有長有段餐抢,長的軌道軌道6英尺10寸现使。
顯然旷痕,這種軌道面不寬碳锈,要求與之配套的輪緣車輪。In 1789, 英國人William Jessup? 設(shè)計(jì)了第一個(gè)有輪緣(Flange)的車輪欺抗。 本杰明.O(Benjamin Outram)和威利姆(William Jessop )天衣無縫的合作創(chuàng)造了第一個(gè)工字型(截面售碳,英文I-beam)和第一次設(shè)計(jì)的輪緣,這在軌道運(yùn)輸史上绞呈,是一個(gè)突破贸人。
“L”形鐵軌和魚肚形鐵軌都是鑄鐵。由于鑄鐵材料性能較脆佃声,很容易斷裂艺智。其次,魚肚形軌道架在石墩上圾亏,石墩之間的距離十拣,也就軌距的控制很麻煩。
1820年志鹃, 約翰.B (John Birkinshaw 英)取得了低碳鋼(wrought Iron)軌道的專利父晶,并將軌道制造長度增加到15英尺。低碳鋼弄跌,不是鋼甲喝,依然是鐵。于鑄鐵不同的是铛只,鑄件是鐵礦融化的鐵水埠胖,直接進(jìn)入模具(moulding),冷卻后形成部件糠溜。低碳鋼是鐵水形成的基本鐵形,在冷卻前或冷卻后從新加熱直撤,進(jìn)行鍛打非竿,滾壓等機(jī)械處理,并形成設(shè)計(jì)的形狀谋竖。 低碳鋼軌道就是經(jīng)過滾壓形成的红柱。通常低碳鋼含碳量少于鑄鐵,強(qiáng)度和柔韌性優(yōu)于鑄鐵蓖乘。真正的鋼軌是在1857年锤悄,Robert Forester Mushet(英)制造了第一批鋼軌(steel),并將其用在英國Derby 車站嘉抒。
1820年零聚,鐵軌的滾壓(Rolling)技術(shù)就發(fā)明了,200年后的的今天些侍,鋼軌生產(chǎn)還在應(yīng)用這個(gè)技術(shù)隶症。請看YouTube 的一段視頻,鋼軌是如何制造的岗宣。
這里要說明一下蚂会,1804年,蒸汽就開始上軌實(shí)驗(yàn)了耗式,鑄造軌道基本上承受不了蒸汽機(jī)車的重量胁住。低碳鋼軌道發(fā)明的很及時(shí),為蒸汽機(jī)車的推廣奠定了基礎(chǔ)纽什。
從1789年輪緣和魚肚形鐵軌發(fā)明,鐵軌的形狀在不斷地變化躲叼,其目的就是增加鐵軌的承載能力芦缰,下圖就說明了鐵軌截面形狀的變化于承載力變化的時(shí)間圖。
由于低碳鋼的引入和良好的性能枫慷,再加上蒸汽機(jī)車的成功應(yīng)用让蕾,1825-1840年鐵路運(yùn)輸膨脹發(fā)展,這是后話或听。