綜述

火車(chē)是人類(lèi)歷史上最重要的創(chuàng )造之一，它改變了人們原有的生活方式，帶來(lái)了新的道路革命?；疖?chē)的存在無(wú)疑加強了人們之間的聯(lián)系，無(wú)論是貨物運輸，給各地帶來(lái)更多經(jīng)濟效益；

還是遠行返鄉，方便了無(wú)數人的旅途?；疖?chē)經(jīng)過(guò)200多年的變化，已經(jīng)有了與以往截然不同的面貌和運作方式。曾經(jīng)的蒸汽動(dòng)力火車(chē)早已退卻歷史舞臺，隨著(zhù)內燃機的誕生，火車(chē)的動(dòng)力在不斷地提升。

進(jìn)入21世紀后，身處中國的你可能更愿意把火車(chē)叫做動(dòng)車(chē)或者高鐵。不過(guò)，你是否曾有想過(guò)，在鐵軌上運行的高鐵如何進(jìn)行轉彎掉頭呢？不同于地面，也不同于汽車(chē)，有著(zhù)長(cháng)長(cháng)的身軀高鐵如果想要掉頭是否會(huì )有諸多不便？

蒸汽機車(chē)

在正式說(shuō)到高鐵這一高新科技的產(chǎn)物前，讓我們回到數百年前，所有火車(chē)的原型上，或者說(shuō)它們的先輩——蒸汽機車(chē)。

最早的蒸汽機車(chē)是在英國進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設，理查德·特雷維西克于1802年建造了世上第一臺蒸汽機車(chē)，后來(lái)馬修·默里在1812年為米德?tīng)栴D鐵路建造了第一輛商用蒸汽機車(chē)。

蒸汽機車(chē)的運行最早也是在鐵軌上，通過(guò)燃燒可燃材料，例如煤炭、石油或者木材，將機車(chē)內鍋爐的水加熱，水的汽化形成的體積膨脹為動(dòng)力裝置提供動(dòng)力。

蒸汽交替地進(jìn)入機車(chē)中氣缸的每一端，活塞與主輪機械相連接，燃料和水的供應也是隨機車(chē)攜帶。早期的蒸汽機車(chē)動(dòng)力其實(shí)并不強勁，通常時(shí)速在每小時(shí)18公里。

不過(guò)對比起機車(chē)本身龐大的身軀，這個(gè)速度已經(jīng)算快了。雖然蒸汽機車(chē)本身笨重不便，但從建造之初還是為當時(shí)的人們提供了許多便利，至少在運輸貨物方面，這遠遠比傳統的馬拉貨車(chē)要好得多。

進(jìn)入20世紀后，內燃機的興起開(kāi)始逐漸淘汰傳統的蒸汽機車(chē)。柴油電力機車(chē)的引入標志著(zhù)蒸汽機車(chē)走入了下坡路，不過(guò)早期的柴油電力機車(chē)在電力傳輸方面還不是特別穩定，輸出功率有限。

所以在蒸汽機完全被淘汰前，蒸汽機車(chē)仍然在很長(cháng)一段時(shí)間里是主要的運輸工具。到了20世紀30年代，隨著(zhù)內燃機變得更加穩定可靠，電力傳輸也更強勁，柴油電力機車(chē)開(kāi)始在美國北美地區穩住了市場(chǎng)。

蒸汽機的淘汰是必然的，因為蒸汽機的熱效率遠不及柴油機，另外還必須不斷地進(jìn)行維護，同時(shí)要有大量的勞動(dòng)力才能保持運行。好在那時(shí)的勞動(dòng)力非常廉價(jià)，蒸汽機車(chē)才有一定的市場(chǎng)效益。

蒸汽機車(chē)除了本身笨拙外，在環(huán)境適應性方面也存在許多問(wèn)題。例如澳大利亞、南非等地區的水質(zhì)普遍偏硬，非常容易堆積大量的水垢。

這種鈣化物長(cháng)時(shí)間的積累會(huì )附著(zhù)在熱交換器內側上，從而限制水流流動(dòng)，并降低熱效率。如果是在炎熱的沙漠地帶，干旱的氣候會(huì )使蒸汽用水成為一個(gè)大問(wèn)題，風(fēng)沙的入侵還會(huì )讓沙子進(jìn)入一些齒輪和結構件里，加劇機車(chē)結構的磨損。

火車(chē)進(jìn)化

此后的幾十年里，不少?lài)壹娂姺艞壥褂谜羝麢C車(chē)，中國則是最后一個(gè)使用蒸汽機車(chē)的國家。就這樣，蒸汽機車(chē)隨著(zhù)時(shí)代的變化發(fā)展，逐步退出了舞臺，取而代之的是內燃機機車(chē)。

內燃機的工作機制也讓原本的機車(chē)名字逐漸變?yōu)榱嘶疖?chē)，火車(chē)直到今天都是仍在使用的交通工具。對于我國來(lái)說(shuō)，綠皮火車(chē)可能是幾代人的回憶。

從上世紀八十年代開(kāi)始，春運的逐步出現讓越來(lái)越多的人開(kāi)始乘坐這種火車(chē)走上了奔波的路途。早前的火車(chē)走走停停，速度也不快，平均時(shí)速只有40公里不到。

面對如此多的客流量，我國也在不斷地想辦法提升火車(chē)的速度，同時(shí)也擴展了眾多交通路線(xiàn)。2007年，隨著(zhù)高速鐵路首趟動(dòng)車(chē)的發(fā)動(dòng)，我國進(jìn)入了高速時(shí)代。

我們現在能夠親身體驗到這種速度的提升。高鐵的出現極大的縮短了旅程的時(shí)間，曾經(jīng)幾十公里的時(shí)速，如今已經(jīng)達到了數百公里。

同時(shí)，便捷的購票方式也方便了人們的購票選擇。在這條快速發(fā)展的鐵路上，中國現在已經(jīng)站在了世界前列。那速度這么快，列車(chē)這么長(cháng)，如何掉頭呢？

轉向掉頭

火車(chē)的轉向掉頭與普通路面的汽車(chē)不同，很大程度上是由于火車(chē)的行進(jìn)方式特殊導致。早期的歐美國家的火車(chē)掉頭轉向主要可以分為兩個(gè)方法，燈泡線(xiàn)掉頭和三角線(xiàn)掉頭。

燈泡線(xiàn)，顧名思義，由于火車(chē)的轉向掉頭需要非常大的空間，因此人們?yōu)榛疖?chē)轉向修筑了一種像燈泡外形的軌道。

這種轉向軌道從進(jìn)入點(diǎn)通過(guò)道岔改變火車(chē)的行進(jìn)方向，然后火車(chē)跟隨圓環(huán)般的曲線(xiàn)進(jìn)行軌道環(huán)繞?；疖?chē)車(chē)輪的特殊設計可以使得車(chē)輪在轉向過(guò)程中緊貼在軌道內側，經(jīng)過(guò)繞圈一周，火車(chē)便可以完成轉向掉頭。

但是燈泡線(xiàn)在設計上還存在許多弊端，首先是占地問(wèn)題，燈泡線(xiàn)軌道長(cháng)度必須要大于火車(chē)長(cháng)度五倍；其次火車(chē)在轉向過(guò)程中必須降低時(shí)速，不然很容易就會(huì )脫軌，導致火車(chē)失事。

為了降低風(fēng)險和合理利用土地，三角線(xiàn)軌道便催生出來(lái)。三角線(xiàn)轉向掉頭首先在軌道的使用面積方面就大大地減少，三條獨立的軌道線(xiàn)路通過(guò)道岔連接組成一個(gè)三角形。

火車(chē)在進(jìn)入掉頭路線(xiàn)后，先進(jìn)入第一條軌道路線(xiàn)，然后駛向第二條軌道；再從第二條軌道逆行至第三條軌道。通過(guò)完成三角結構的三條線(xiàn)路，火車(chē)便完成了掉頭。

相較于原本的燈泡線(xiàn)掉頭，三角線(xiàn)掉頭更加安全可靠，后來(lái)也給列車(chē)轉向帶來(lái)了一個(gè)圓盤(pán)輔助裝置。這個(gè)輔助裝置一般用于輔助火車(chē)頭調轉，火車(chē)頭底部會(huì )有一個(gè)帶鋼軌的轉盤(pán)，轉盤(pán)轉動(dòng)180°便可以完成火車(chē)掉頭。

不過(guò)這種方案設計對技術(shù)要求較高，并沒(méi)有三角線(xiàn)那樣普及。我國上世紀自主設計的京張鐵路在施工建設上遇到不少困難，為了應對復雜的地形完成火車(chē)掉頭。

工程師詹天佑便設計出人字形的軌道，通過(guò)火車(chē)在人字軌道上的折返，便能夠完成火車(chē)掉頭。另外還有車(chē)頭調換的方式，列車(chē)進(jìn)入終點(diǎn)后，車(chē)頭繼續行進(jìn)并通過(guò)車(chē)站渡線(xiàn)行駛到車(chē)尾，車(chē)頭與車(chē)尾重新連接完成火車(chē)掉頭。

進(jìn)入高鐵時(shí)代，我國的火車(chē)掉頭技術(shù)對比起原來(lái)歐美國家設計的掉頭技術(shù)更要先進(jìn)不少。不嚴格來(lái)講，我們的火車(chē)不需要掉頭，每列高鐵列車(chē)車(chē)尾都是頭部，并且都有動(dòng)力控制系統。

在高鐵等動(dòng)車(chē)上，車(chē)頭和車(chē)尾通過(guò)控制臺是可以自由切換的，行駛完路線(xiàn)后只需要將車(chē)頭控制交給車(chē)尾，這樣車(chē)尾就擁有控制權，自然也就成為車(chē)頭了。

屆時(shí)乘務(wù)員只需要將座椅調至車(chē)頭方向就行了。對比我們國家這種絕招，部分歐美地區仍在使用傳統的火車(chē)轉向掉頭。例如巴黎東郊的Vaires Torcy。

不過(guò)該地區的燈泡線(xiàn)主要還是為了方便，其他機車(chē)不需要掉頭。在巴黎的其他幾條燈泡線(xiàn)中，部分線(xiàn)路被改為了站內折返，基本上是一種歷史遺留問(wèn)題。

如今的火車(chē)

如今我國的火車(chē)基本已經(jīng)進(jìn)入高鐵時(shí)代，曾經(jīng)的綠皮火車(chē)開(kāi)始退去它原本停留過(guò)的軌道。高速鐵道的建設比一般普通鐵路速度更快，并且使用的是全新的軌道運輸系統。

其普遍運行速度在每小時(shí)200千米以上。日本的東海道新干線(xiàn)是世界上第一個(gè)商業(yè)運營(yíng)的高速鐵路，從1964年開(kāi)始在日本運營(yíng)。

隨著(zhù)各國都不斷地開(kāi)始建設新的鐵路系統，原有的鐵軌交通已經(jīng)跟不上社會(huì )的發(fā)展需要。如今全世界擁有高速鐵路的國家已經(jīng)超過(guò)三十個(gè)，而最大的高速鐵路運營(yíng)網(wǎng)在中國大陸地區，占據世界高鐵路線(xiàn)的三分之二。

在速度方面，輪軌列車(chē)世界第一的保持者是法國的TGV Duplex列車(chē)，時(shí)速達到了每小時(shí)574.8千米，磁懸浮列車(chē)運行方面則是由日本L0系列高速列車(chē)獲得第一。

對于高鐵來(lái)說(shuō)，除了速度，更重要的是保障每一名乘客的安全。我國曾經(jīng)就發(fā)生過(guò)兩起列車(chē)傷亡事故，事故的經(jīng)歷教訓提醒我們仍要注重安全上的考慮。

我國每年的客流量上億，要保證列車(chē)行駛安全自然也離不開(kāi)列車(chē)長(cháng)的駕駛。乘務(wù)組人員與列車(chē)長(cháng)的緊密溝通與聯(lián)系，保證了信息的暢通性。

同時(shí)列車(chē)在長(cháng)時(shí)間的行駛下還會(huì )安排輪班人員進(jìn)行換班，以保證司機精神狀態(tài)穩定。正是有了他們的辛苦付出，才有我們每一次安全舒適的旅程。

我國的高鐵建設當然也不會(huì )因為今天的勝利成果而放松下來(lái)，未來(lái)我國的高鐵里程還將繼續翻倍。在今后的15年里，我國高速鐵路還會(huì )面向中小型城市，進(jìn)一步提升我國的高鐵覆蓋率。

除了快，我國還會(huì )打造智能高鐵服務(wù)。在人工智能、大數據、物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步下，新一代的信息技術(shù)正在展開(kāi)。

在工程建設方面，鐵路工程會(huì )建立完整的BIM技術(shù)標準體系，完成多源數據融合。在技術(shù)方面，我國目前正在研制智能型復興號動(dòng)車(chē)，不僅能夠達到350公里的時(shí)速，同時(shí)還會(huì )配合智能牽引供電技術(shù)，實(shí)現智能實(shí)時(shí)優(yōu)化調整。

另外在信息安全方面，針對于網(wǎng)絡(luò )購票和人臉信息識別，相關(guān)的運營(yíng)服務(wù)領(lǐng)域還將繼續不斷優(yōu)化調整，打造出高效、安全的智能客服站。

結語(yǔ)

說(shuō)完這么多關(guān)于火車(chē)的內容，相信大家都會(huì )對列車(chē)有一個(gè)新的認知?；疖?chē)發(fā)展也不過(guò)幾百年，人們彼此間的聯(lián)系和需求推動(dòng)了火車(chē)發(fā)展。用中國先輩們的話(huà)來(lái)說(shuō)就是，要想富，先修路。

而事實(shí)上也確實(shí)如此，中國的高鐵網(wǎng)絡(luò )建立極大地方便了人們的生活，進(jìn)一步減少了因地域差距所帶來(lái)的問(wèn)題。這種快速交通還在不斷地改變運輸模式和人們的出行方式。

放眼全世界，我們的這種聯(lián)系都在被慢慢加強，新的道路革命也許會(huì )在今天出現。這一切都離不開(kāi)所有在基層努力奉獻的人們，他們才是這一切的連接者。