成功总是要留给有准备的人(铁路传奇之四)

摘要

乔治·斯蒂芬孙有发明天赋,对机械原理非常熟悉。这些知识是在他年轻的时候,通过拆卸零件而直观获得的。当他意识到知识的重要性之后,明白了不用拆装机械零件,也能将机器的运行原理弄得一清二楚,就拼命学习武装自己,这成了伴随他一生的动力。其次,斯蒂芬孙富有热情,具备持久的恒心,永不言放弃,对改进和完善机械设备异常痴迷。第三,斯蒂芬孙有一双敏锐的眼睛,对任何新生事物都抱有极强的好奇心,吸收新知识和新观念的能力很强,毕生都维持着旺盛的创造力,很善于在实际工作中发现问题并予以改进。

题图

俗话说得好,机会总是留给有准备的人,其实,成功也一样。那么就让我们看看“火车之父”能够成功的背后秘密。

首先,乔治·斯蒂芬孙有发明天赋,对机械原理非常熟悉。这些知识是在他年轻的时候,通过拆卸零件而直观获得的。当他意识到知识的重要性之后,明白了不用拆装机械零件,也能将机器的运行原理弄得一清二楚,就拼命学习武装自己,这成了伴随他一生的动力。其次,斯蒂芬孙富有热情,具备持久的恒心,永不言放弃,对改进和完善机械设备异常痴迷。第三,斯蒂芬孙有一双敏锐的眼睛,对任何新生事物都抱有极强的好奇心,吸收新知识和新观念的能力很强,毕生都维持着旺盛的创造力,很善于在实际工作中发现问题并予以改进。第四,斯蒂芬孙有一个水平和他相当、但是学识却远比他厉害的儿子罗伯特,这也是他事业取得成功的最得力助手。

乔治斯蒂芬孙

乔治·斯蒂芬孙

上述列举的都是乔治·斯蒂芬孙具备成功的前提条件,其实,具备这种条件的人很多,但是为何偏偏让斯蒂芬孙拔得了头筹呢?那是因为,他解决了很多让研究机车的工程师们非常头疼的问题。面对这些问题,那些受过教育、颇有才华的工程师们都束手无策,反而让没受过什么教育、自学成才的矿工儿子得到了圆满解决。这就是恒心和毅力的力量。

乔治斯蒂芬孙曾经任职的煤矿

乔治斯蒂芬孙曾经任职的煤矿

是哪些棘手的问题阻碍了蒸汽机车问世呢?第一个问题,缺乏足够的蒸汽动力。如果不对瓦特蒸汽机进行改良,加大动力,仅仅凭着抽水的劲头是无法制造机车的,即使制造出来也无法投入使用;第二个问题,没有解决机车在运行过程中的跳跃问题,这个问题严重到经常让机车倾覆摔成废铁;第三个问题,没有解决蒸汽阀门与齿轮联动问题。那些试验性机车只能前进不能后退,这个问题很要命,不能后退的机车是没法投入使用的;第四个问题,试验性的机车长大笨重,速度太慢,连马车都赶不上;第五个问题属于机车配套研究的技术,那就是刚刚问世的铁轨脆性太大,承受不起巨大压力,必须提高铁轨的强度。

以上问题都不是孤立存在的,牵一发而动全身,需要综合起来解决。而解决这些难题,非一朝一夕之功,幸运的是,斯蒂芬孙是最佳人选。

就像牛顿谦虚自己取得伟大成是站在巨人肩膀上一样,乔治孙·斯蒂芬孙改良蒸汽机车也是在前人无数失败的经验中崛起的。不可否认,由于斯蒂芬孙比特里维西克晚生了10年,使他研发蒸汽机车的时间远远落后于那个时代,但是他站在前人的肩膀上,通过艰辛的努力,将那些棘手的技术难题一个又一个地攻克,幸运之神眷顾了他,也成就了他百年英名。

布鲁彻号蒸汽机车

“布鲁彻号”蒸汽机车

在1814年,斯蒂芬孙终于制造成功一台蒸汽机车“布鲁彻号”,这台机车并无新奇之处,外形也与前辈们制造的机车大同小异,但对于斯蒂芬孙而言却意义重大,也为他制造机车积累了很多经验。斯蒂芬孙给这台机车起名“布鲁彻”也是有深意的,因为这是一个普鲁士将军的名字,曾经帮助威灵顿公爵打败了拿破仑的入侵。所以,在当时纽卡斯尔方言中,“布鲁彻”就代表了藐视一切外强中干敌人的常用词,也同时表达了斯蒂芬孙最隐秘的心理:藐视强敌,做自己认为正确的事。

这台机车首先在西穆尔基林沃斯煤矿的轨道上试运行。机车有两个气缸,锅炉长8英尺,采用带凸缘的轮对,运行在平顺铁轨上,拉着8节矿车,载重30吨,时速6.4千米。在这台机车的基础上,斯蒂芬孙开始着手解决前面提及的五个技术难题。

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斯蒂芬孙制造的一台蒸汽机车

首先解决蒸汽动力不够的问题。蒸汽动力之所以不够,是因为蒸汽在做功过程中能量损失太大,很多人尝试解决,都没成功。那么斯蒂芬孙是如何解决的呢?其实,他好像也是误打误撞才成功的,并且即使成功之后,他也没有和大家说过其中的道理,这个问题让当时的专家争论了很多年,争论的焦点就是斯蒂芬孙到底是真明白,还是误打误撞。

斯蒂芬孙为了增加机车动力,减少漏气发出的噪音,就在机车上面安装了一个排气管,将废气引入烟囱中,既能排废气,也增加了动力,起到了一箭双雕的效果。改进了机车的动力之后,他又将目光转向了第二个问题,如何去解决机车行驶过程中的跳跃难题呢?有办法。因为机车跳跃,是链接齿轮生产工艺不过关,并且制造粗糙。斯蒂芬孙研发了新型阀门和一整套连杆系统,圆满地将问题消弭于无形。这套连杆系统也成为早期蒸汽机车上最常见的部件之一。

早期蒸汽机车的车轮与连杆装置

早期蒸汽机车的车轮与连杆装置

在此后的十年间,斯蒂芬孙和儿子罗伯特一起,又先后制造了16台蒸汽机车,每一台机车都是在前一台之基础上有所改进。随着制造技术越来越娴熟,他们的经验爷越来越丰富,困扰机车的五大难题都被斯蒂芬孙攻克了。同时,蒸汽机车的行驶速度从最早的每小时6.4千米提高到了40多千米,草鸡终于变凤凰,机车的命运发生了质的变化。

阻碍机车技术进步的前四个问题都与机车本身构造性能有关,第五个问题是铁轨强度问题,这个难题要是能解决完美,那么大规模的铁路建设才会成为可能。斯蒂芬孙为研究满足承载力需求的高强度铁轨,也花费了很多心血。

在介绍斯蒂芬孙研制铁轨的功绩之前,让我们再回顾一下铁轨的发展历程。

普通的有砟轨道

普通的有砟轨道

从十六世纪的中期开始,德国的煤矿上面开始使用木质轨道,这种技术后来传到英国,在各大煤矿上长时间进行了应用。到了十七世纪,由于英国的生铁价格下跌,那些想囤货待价而沽的货主就将生铁铸成1.5米长、1.2米宽、2.5厘米厚的铁板,铁板上面打孔,可以固定在木轨上面存放。本来囤积货物的行为却变成了轨道的变革,那些矿主发现马车行驶在这种铁板制成的轨道上面,效果更佳,很快便推广开来。但是这种平板铁轨因为没有凸缘,很容易脱轨,就有人将铁轨做成了角铁形状,用竖起的那条边阻挡车轮。然而,这种铁轨一来容易被垃圾掩埋,二来强度不佳,使用效果不好。到了十七世纪八十年代,又有人发明了带凸缘的立轨,能够达到阻止脱轨的目的。随后,车轮的外凸缘改为内凸缘,铁轨也逐渐变成了工字形状,已经有了现代钢轨的雏形。

而斯蒂芬孙的最大功绩就是解决了上述铁轨的强度问题。熟悉他性格的人都知道,凡是遇见影响蒸汽机车技术进步的难题,他不会不管不顾,而是想方设法进行解决,铁轨也不例外。如果这个问题解决不好,机车造得再好也没用,还是无法大规模推广。为此,斯蒂芬孙在研制机车之余,一头扎进纽卡斯尔工厂里面进行新型轨道试验。很快,他和合作者威廉·洛什一起登记了铸造铁轨的专利权,并将之用在了基林沃斯煤矿的轨道上面。

贝德林顿铁厂

贝德林顿铁厂

1818年,爱丁堡杰出的土木工程师罗伯特·史蒂文森写信建议斯蒂芬孙尝试采用熟铁制造铁轨,斯蒂芬孙采纳了他的意见,并将研制熟铁轨的任务交给了贝德林顿铁厂,后者很快便进行了工艺改革,制造出了强度更高的锻造熟铁轨,其坚固程度给当时参观的利物浦至曼彻斯特铁路设计师代表团以强烈的震撼,最后该线的轨道几乎全部采用这种锻造轨铺设。并且,这种铁轨的竞争力非常之强,将其他的生铁轨打了个落花流水,独占了整个英国铁路市场。

有了承载力很强的铁轨,乔治·斯蒂芬孙的机车终于找到了最亲密的合作伙伴,在以后的岁月里,这两位钢铁巨人将一同携手,将整个英国搅了个天翻地覆。

在斯蒂芬孙修建著名的斯托克顿至达林顿的铁路之前,他就已经在纽卡斯尔附近的赫顿煤矿铺设了一条商用铁路。这条线路全长12.8千米,其中有1.6千米位于山坡地段,还有4.8千米处于下坡地段,铁路货车可以借助自重滑行,其余部分坡度很平坦。斯蒂芬孙在山坡地段安装了三台固定动力机械向上坡牵引车辆,在平坡地段则用蒸汽机车牵引,取得了很大成功。

而乔治·斯蒂芬孙制造的16台机车,引起了巨大轰动,这种轰动的余波甚至传到了国外,俄罗斯、法国、德国的工程师们前赴后继、成群结队过来取经,他们对斯蒂芬孙的天才赞不绝口。而当年研制机车失败的同行们已经被这些成就惊得目瞪口呆。他们根本无法想象,凭着斯蒂芬孙的一人之力就能解决如此多的难题。所以,他们或者五体投地,或者甘做鸵鸟拒不承认这种成功,甚至还有人大放厥词,说乔治·斯蒂芬孙的机车将会继续掉进灾难性的深渊。

可惜,滚滚大河东逝水,淘尽多少英雄。再多的闲话、猜忌和嫉妒都无法阻止斯蒂芬孙的成功,下一步,他将会做出令全世界震惊拜服的伟大功绩。

(本文选自《铁路传奇》,山西教育出版社,2015年4月)

 

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王麟

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