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发明世界第一列火车-世界100位科学家

时间:2024-05-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:发明世界上第一列火车[英国]斯蒂芬逊在英国诺森伯兰城附近的一所夜校里,有个18岁左右仍不识字的青年,同小孩子一道从简单的字母开始学文化,经过不懈的努力,在他19岁那年,他第一次骄傲地写出了自己的名字。斯蒂芬逊开始考虑研制蒸汽机车时,铁轨已改用铸钢制作,克服了铸铁的脆性。斯蒂芬逊总结了前人的成果后认为,以往的蒸汽机车之所以失败,就在于它们都存在妨碍实际使用的缺点。

发明世界第一列火车-世界100位科学家

发明世界上第一列火车[英国]斯蒂芬(17811844)

在英国诺森伯兰城附近的一所夜校里,有个18岁左右仍不识字的青年,同小孩子一道从简单的字母开始学文化,经过不懈的努力,在他19岁那年,他第一次骄傲地写出了自己的名字。这个青年,就是斯蒂芬逊。

自不量力的小伙子

乔治斯蒂芬逊(GeorgeStephensen)是英国铁路机车发明家。178169日他生于英国泰因河畔诺森伯兰城西南的一个小村子。这里是英国工业革命时期的一个煤炭基地。斯蒂芬逊的父亲是矿上一名抽水操作工,全家人挤在一间靠近矿井的小屋里,过着十分贫困的生活。父母亲都目不识丁,在他们的结婚证书上,两个人只是画着十字代替签名。父亲微薄的薪金根本无法送6个孩子上学,刚满8岁的小斯蒂芬逊只好去做放牛娃。由于父亲的缘故,他从小就和蒸汽机结下了不解之缘。当时矿井里已经开始用蒸汽机抽水,父亲每天都和蒸汽机打交道,天天都干得满身是汗,身上也熏得漆黑。对此,小斯蒂芬逊不但不反感,反而觉得父亲这种形象带劲儿。而且他在心中暗暗盼望自己赶快长大,将来也能像父亲那样,去当个煤矿工人,那样就可以整天和蒸汽机做伴了。他平时最喜欢的游戏就是用泥土制作蒸汽机模型,把泥土捏成汽缸、活塞和飞轮等形状,然后装配好放在火上烧硬,还真像那么回事。

父亲见他如此喜爱蒸汽机,便在他14岁那年在矿上安排他做了个见习司炉,实现了他童年的愿望。小斯蒂芬逊当时高兴极了,因为从此他就可以和日夜渴望摆弄的蒸汽机相伴了。尽管他的工作很单调,每天只是定时为蒸汽机添煤加油,常常把自己弄得满身油腻,但他不但不觉得苦,反而为自己现在也能像父亲从前那样而感到很自豪。当然,好奇心很强的小斯蒂芬逊并不满足于只是为蒸汽机干上料的活儿,他一有空儿就琢磨他的这个心爱的朋友,总是在不停地发问,它为什么靠吃煤就能干活儿?它干起活儿来为什么总是发出轰隆轰隆的声响?他有时甚至想,自己从前放的牛能够拉车,看这家伙提水的劲儿,它的力气一定比牛大得多,能不能也用它来拉车呢?它要拉车一定会比牛车快得多!

在以后的工作中,他开始留心机器的每一处结构和功能。每当机器发生毛病技师们来修理机器时,也正是他最兴奋的时候。碰到这种情况,蒸汽机的司炉和操作工人都借机去休息了。可是斯蒂芬逊却留下来为修理技师们打下手。他仔细观察技师们的每一个动作和拆下来的零部件,并抓住技师们心情较好的时机提出一些问题,请求他们给以解答。这样,他逐渐对蒸汽机的内部构造有了初步的了解,并且对它的拆装步骤也略知一二。但他仍觉得不解渴,这个神秘的家伙似乎还挡着一层帘,他决定要揭去这张帘。为此,他暗自做了一个大胆的决定。

一天,别人都下班走了,斯蒂芬逊找到工头向他汇报说,这几天机器噪音甚大,恐怕是机器内部的泥灰阻碍了部件的运动。他主动提出,愿利用下班时间将其内部清理一下。工头急着回家度周末,便带几分赞许地同意了。

于是,他对蒸汽机来了个大拆卸,把所有的零部件都拆开来,加以归类,并分析了各种零部件的作用和功能。这时,他感到从没有过的畅快,他对自己的这个伙伴可以说是完全了解了,兴奋之余,他才注意到天色已晚。装机时,他发现重新装配比拆一台机器难多了。好在平时的观察积累了一些经验。他忙活了好半天,终于把蒸汽机重新又装了起来。

在了解蒸汽机的构造后,斯蒂芬逊又产生了新的想法,他想自己设计制作一台小型蒸汽机。于是,他先画好了图,然后拿去给煤矿的机械技师长看。技师长对这个年轻的司炉工如此了解蒸汽机的结构深感惊奇。这位爱才的老技师长劝他先不要急于制造机器,而是要先学习文化,掌握一些科学技术知识,那样就可以不光模仿人家的东西,还可以创制出更好的机器。听了技师长的话,他便下定决心到夜校去学习文化。从此,他白天在煤矿做工,晚上到夜校学习,而且还经常抽出时间给人家修补皮鞋,用赚来的钱购买书籍。到21岁那年,他终于掌握了读书的基本技能。一旦掌握了打开知识大门的钥匙,斯蒂芬逊修理机器的技能便更上了一层楼。

迎着时代的召唤前进

斯蒂芬逊成长时期的英国,正处于工业革命的高潮。英国的工业生产飞速发展,推动着社会生产和生活各个领域的变革。特别是蒸汽机发明推广后,由于工业生产的巨大需要,导致了煤的大量开采。如何才能把这些煤及时运到用户那里,就变成了一个突出的问题。当时不但是采煤业,采矿、冶炼以及机器制造也都取得了前所未有的发展,也都面临着同样的问题。所有这一切都显示出,工场手工业时期的交通运输手段对于大工业来说,已经满足不了要求,甚至成为不能容忍的桎梏,一场交通运输工具的革命即将来临。当时的英国修筑了大量公路,开凿了大批运河,并铺设了不少供马车运行的

铁路(即两行用铁皮包着的木轨),但仍然满足不了社会的需求。在这种情况下,水上交通工具率先完成了革命性变革。1897年,美国人富尔顿发明了蒸汽轮船,把蒸汽机运用于船上作驱动力,为陆地交通工具的变革作出了榜样。时代正在呼唤新的陆地运输工具的诞生。

此时的斯蒂芬逊已是大煤矿的机械技师长,他更为切身地摸到了时代的脉搏。他从大城市的铁路中受到启示,将木制铁皮轨道改成完全用铁制成的轨道,率先在矿山铺设铁路,不但提高了搬运效率,而且大大减轻了搬运工人的劳动强度。但他不久又发现,仅仅改革道路还不行,靠畜力所提供的有限动力,仍无法满足大量煤炭的运输要求。必须设法搞出一种新的动力机械来取代马车才行。自己不是早就设想过要用蒸汽机取代马拉车吗?现在,既然蒸汽机能用来。开船,那它也一定可以用来开动车辆!

带着这个问题,他开始收集资料,为自己动手发明蒸汽机做准备。通过调查研究,他发现,除英国人瓦特外,已经有不少人想过要把蒸汽机应用到陆地交通中,并试制了几辆用蒸汽机作动力的车辆,但都不理想,没有成功。

斯蒂芬逊开始考虑研制蒸汽机车时,铁轨已改用铸钢制作,克服了铸铁的脆性。斯蒂芬逊总结了前人的成果后认为,以往的蒸汽机车之所以失败,就在于它们都存在妨碍实际使用的缺点。其中最主要的有两点:一是机器和燃料的自重与有效载荷之比不合理,造成运载量过低;二是速度太慢,与马车相比显示不出什么优势。(www.xing528.com)

针对这两个关键问题,斯蒂芬逊开始了自己的研制工作。经过两年多的苦心钻研,他终于成功地研制了自己的第一部蒸汽机车,取名布鲁海尔,并于1814725日投人运行,奔驰于基林格沃斯煤矿到港口之间15公里长的轨道上。它拖有8节车厢,载重80吨,时速达到每小时65公里。

这部蒸汽机车初步解决了运输效率问题。可是它仍存在明显的缺点:不仅外形难看,而且由于没有减震装置,跑起来震动很厉害,有时甚至震坏了铁轨。此外,它放起汽来声音尖得厉害,把附近的牲口吓得乱跑乱叫,引起沿线居民的不满。有些人找上门来,指责斯蒂芬逊的蠢家伙声音太响,把他们家的牛吓跑了;有的说车上冒出的火星烧着了他家的树,震坏了他的房屋,要求赔偿

斯蒂芬逊深知自己的车还有很多尚待完善的地方,为此,他不断对机车进行改进。为了减少运行的震动,他加设了减震弹簧;另外他把汽筒与向上的烟筒相连,让废气从烟筒中排出,这样既减小了噪音,又增加了烟气向上的冲力,从而使炉中空气循环加速,使煤燃烧更旺,反过来又使汽锅内蒸汽发生量增加,火车的推动力增加了好几倍。在不断改进的基础上,斯蒂芬逊又为矿山制造了第二台、第三台蒸汽机车。在此期间,他的蒸汽机车仍仅限于为本矿山运煤,还没有在社会上推广,因此社会影响力不大。

历史性的创举

1821年,英国政府决定在斯托克敦至达林顿之间铺设铁路。建成后,它将成为英国第一条公用铁路,总长约为40公里。斯蒂芬逊由于在铁路建设方面已颇有声望,被聘请担任该项铁路建设工程的总工程师。斯蒂芬逊早就有心要把蒸汽机车推向社会,使之成为一种通用的交通工具。他认为应该抓住现在这个机会,使蒸汽机在公众面前展露风姿。为此,他在指导铁路建设工程的同时,于1832年与两个共同出资者建立了世界上第一个机车制造工厂,并在厂内开始研制新型机车。

1825年,斯蒂芬逊在长期积累经验的基础上,研制成功了世界上第一台比较完善的客货两用机车。它拖有38节车厢,载重90吨,时速达到24公里,命名为旅行1号。同年927日,在斯托克敦至达林顿之间的铁路建成之日,他亲自驾驶施行1号举行了通车仪式。

这一天,斯托克敦市市民以及周围的村民们,早早地便聚集在旅行1号周围,好奇地打量着这个漆黑庞大的铁家伙,兴奋地议论着。很多人特意骑马前来,要与它比速度,一争高下。时钟指向九点,斯蒂芬逊和600多名特约乘客,其中包括部分国会议员和英国交通公司董事长,一起登上了旅行1号。他向车下兴奋的人群挥了挥手,然后便熟练地发动了机车。随着一声汽笛长鸣,烟囱里冒出了大团乳白色的烟雾,机车在轰鸣声中开动起来,车下顿时一片欢腾,车上的人们激动地挥动手臂,有的人则骑马追随火车奔驰,场面十分壮观。人们在共同为蒸汽机车的成功而欢呼。这宣告了具有广泛用途的蒸汽机车正式诞生。至今,这台第一次拉载着600名乘客走完了33公里路程火车头,仍然陈列在达林顿的博物馆里。它的轨距是当时英国邮政马车普遍采用的轨距1435毫米。这个轨距后来为许多国家所采用,并一直沿用至今。

然而,围绕着是否发展蒸汽机车铁路运输的争论却很激烈。特别是当1826年英国最大规模的铁路工程曼彻斯特利物浦两大城市间的铁路工程准备上马时,更遭到了空前的反对。沿线居民担心房倒屋塌,更主要的是那些经营运河航运的资本家,因自己的经济利益要受影响而强烈反对。

由于受到反对,英国议会经过了很长时间的辩论才批准了这项工程。承担该项工程的建筑公司以每年2000英镑的高薪,再次聘请斯蒂芬逊担任筑路总工程师。在工程建设过程中,斯蒂芬逊曾经碰到过许多非常困难的技术问题。这一带地理条件非常不利,必须建造很多隧道涵洞。此外,铁路还要穿过沼泽和河流地带,为此必须筑堤以及修建桥梁。好在他的儿子罗伯特已经长大,成了他的得力助手。在工程中,罗伯特多次独立担当起架桥的重任。有时为了求!出最佳桥形,斯蒂芬逊也和儿子一起搞试验,最后搞清了横梁的刚性所起的作用。在这些实验中,斯蒂芬逊对板结构梁的设计理论研究,有了较大的突破。

铁路建成了,至于选什么样的机车一时还无法确定。政府决定在莱茵希尔举行一次机车竞赛会,以选出最佳机车。斯蒂芬逊十分赞成举行这样的竞赛会。为了参加比赛,他同儿子一起,特别制中了一台新的机车火箭号。

1829年秋,候选者集合在出发地点,参赛的共有5台机车。一时间鼓声喧天,犹如过节一般。据当天的《利物浦光明报》报道,观霆这次比赛的观众达一万多人。火箭号在车厢满载旅客的情况下达到时速40公里。最后,火箭号以56公里的时速作光荣之行时,便宣告它取得了全部胜利。报纸在报道中惊呼:这次比赛将己变国内整个交通结构。

的确,1830915日利物浦至曼彻斯特的铁路正式通车后英国便掀起了修建铁路的热潮。1838年英国铺设的铁路里程为79公里,1843年为3000公里,1848年达8000公里,10年增加了10倍斯蒂芬逊作为蒸汽机车的奠基人,受到人们无比的敬仰,各家铁路么司都争先恐后地聘请他当顾问。在一次众议院的演讲中,斯蒂芬通不无自豪地说:全英国所有的铁路,没有一条与我没有关系。

受英国的影响,欧洲各国也纷纷修建铁路,铁路很快成了世界名国最大的产业,蒸汽机车和铁路成了人类交通运输的主要工具。受人类文明的进化与发展,具有极为重要和深远的意义。

斯蒂芬逊把自己绝大部分精力和年华,都贡献给了他毕生为之奋斗的蒸汽机车制造和铁路建设事业。他从青少年时起就不畏贴难、刻苦自学、锲而不舍、勇于探索,为人类的陆地运输做出了杰出创贡献。他当之无愧地被誉为铁路之父。

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