发明大王爱迪生与早期的有轨电车试验

摘要

在电力普及应用的过程中,美国前进的步伐要比欧洲快得多。就拿铁路电气化领域而言,早期做出重大发明的还是以美国人居多,这也在一定程度上证明了近现代科技中心正从欧洲向北美转移的事实。这种技术转移持续了半个多世纪之久,直至美国成为新一任世界科技中心,一直到今天也没有明显的变化。而掀起了第一次工业革命的大英帝国,在这场第二次工业革命铁路电力争霸赛中,明显处于下风,反而是德国一直在引领欧洲的技术潮流。

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托马斯·爱迪生

在群星荟萃的19世纪末和20世纪初,欧美很多发明家和电气工程师在前赴后继对电能进行开发,将其推广应用到电灯、电话、电报、电车、采矿、冶金等相关领域,技术进步一日千里,各类发明犹如井喷,促进了新旧世纪之交的社会大发展。

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前电力时代的城轨交通车辆

很明显就能看出来,在电力普及应用的过程中,美国前进的步伐要比欧洲快得多。就拿铁路电气化领域而言,早期做出重大发明的还是以美国人居多,这也在一定程度上证明了近现代科技中心正从欧洲向北美转移的事实。这种技术转移持续了半个多世纪之久,直至美国成为新一任世界科技中心,一直到今天也没有明显的变化。而掀起了第一次工业革命的大英帝国,在这场第二次工业革命铁路电力争霸赛中,明显处于下风,反而是德国一直在引领欧洲的技术潮流。

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Joseph Henry (约瑟夫·亨利),美国科学家

美国对早期铁路电气化的研究,也是从有轨电车开始的,有科学家、发明家约瑟夫·亨利、托马斯·达文波特以及查尔斯·佩吉在前面披荆斩棘,后继者利奥·达夫特、查尔斯·约瑟夫·范·德博莱(Charles Joseph Van Depoele)、托马斯·爱迪生、弗兰克·史伯格更是当仁不让,纷纷在该领域大显身手。

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Charles Grafton Page(查尔斯·佩吉),美国发明家,早期有轨电车的开拓者

除了托马斯·爱迪生之外,上面列举的这些名字,对很多人而言都非常陌生,然而在一百多年前,他们的成就并没有比爱迪生差多少,尤其在有轨电车领域,他们做出的发明奠定了铁路未来电气化的基础。之所以这些发明家的名字被世人遗忘了,是因为同时代的托马斯·爱迪生的名号太响,声望太重,对其他人造成了无情的碾压。

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Thomas Davenport(托马斯·达文波特),美国发明家,早期直流电动机的发明人

就拿“美国电力牵引之父”弗兰克·史伯格而言,那绝对是电气化技术领域一流的天才人物,刚出道的时候,也在爱迪生的实验室里当助手。我们知道,爱迪生是自学成才,没有受过系统的科学训练,他早期走的是不断试验、不断失败、再试验再失败的路子,这种科研手段耗时耗力,效率很低。所以史伯格加盟爱迪生的实验室之后,利用其超强的数学能力,让实验室的效率得以大幅度提升。当然了,爱迪生成名之后,他的实验室也补充了很多受过高等教育的科研人员,但是史伯格的水平明显更高一筹。

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弗兰克史伯格,美国电力牵引之父,将有轨电车推向商业化的关键人物

​但是,史伯格在实验室呆了不到一年就忍无可忍了,很快和爱迪生决裂,主要原因就是,史伯格发现自己无论做出何种发明,专利权人的名字都是爱迪生,他连署名的资格都没有。雄心万丈的史伯格哪里受得了这种窝囊气,无论爱迪生怎么挽留,他还是毅然离开了,随后就成立了自己的公司,搞发明,做产业,与爱迪生分庭抗礼,最终功成名就。但即使这样,史伯格一辈子也生活在爱迪生巨大名望的阴影之下,心情并不轻松。

1​我们知道,爱迪生主要以电灯、留声机、电影放映机等耳熟能详的发明为大众所熟知,其实他的研究领域涉及到电力技术的各个领域,基本上属于难得的全才。毫无疑问,有轨电车技术研发怎么可能少得了爱迪生呢?实际上爱迪生不但和铁路的渊源非常深,他在电车领域也做出了很多重要发明,并申请了专利。

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爱迪生少年时代首次踏入社会某得的第一份工作,就是在火车上面卖零食和报纸,后来与列车长熟悉了,才在火车上搞了一个简陋实验室。可惜某次试验不慎发生了爆炸事故,实验室才被取消,据说爱迪生的耳朵为此还被列车长打聋了。

爱迪生参与有轨电车的研发并不算晚,时间在1880年,仅仅比西门子在柏林展览会上展出那条电气化环形铁路晚一年时间。而爱迪生研发有轨电车的最初目的,并非解决城市客运问题,而是为了帮助乡下的农夫运送粮食。

这件事情还要从1878年说起,就在当年的某一天,爱迪生与几位天文学家朋友来到了美国怀俄明州的乡下,就注意到农民们收获粮食之后,要长途跋涉,通过马车和人力车拉往很远的火车站,再运往销售市场,费时费力,十分辛苦。爱迪生萌生了研发一种轻型有轨电车,以解决农民奔波之苦的想法。

1爱迪生说到做到,刚好那段时间,他全力攻关的电灯技术已经取得了重大突破,有空暇时间来研究有轨电车问题。在当时,电力机车的研发与铁路的修建同时进行,而爱迪生研发轻型机车是通过一台自动翻斗车改装的,上面安装了两台爱迪生发明的直流电动机,每台功率为12马力,很强大。而铁路试验线路铺设在了加州的门洛帕克(Menlo Park),全长1200米,人为设置了很多陡坡和小半径弯道,用来试验电力机车的性能。这条试验性质的电气化铁路,通过地下导线为机车供应电力,发电机则另外设置。

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​爱迪生发明的有轨电车在试验中,上面有无爱迪生本人,不得而知。

到了1880年的3月13日,一切准备就绪之后,爱迪生的有轨电车就开始试验运行了。这台电力机车牵引了3辆拖车,其中1辆平板车,1辆带雨棚的车,还有1辆比较奢华的普尔曼卧铺车,电车的制动方式采用爱迪生新发明的电磁制动技术。试验经过了一段时间的磨合期,爱迪生带领实验室的人员随时排除出现的小故障,最终铁路试运行取得了成功,电车的运行速度达到了惊人的64km/h。实际上,不同的文献资料对当时的电车试验速度记录差别很大,翻阅当天的报纸通讯记载可知,爱迪生竟然将电车开到了103km/h!

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​对爱迪生试验有轨电车的新闻报道

根据1880年3月30日《堪萨斯城日报》(Kansas City Daily Journal)记者的报道文章和当时试验参与人的记录显示,爱迪生在进行电车试验的时候,真的是具有大无畏精神。首先,整个试验期间爱迪生本人自始至终就在车上坚守,随时研究排除故障,丝毫不惧;其次,电车经过陡坡和小半径弯道的时候,根本不减速,反而加速,车上的乘客就像坐过山车,差点就从椅子上飞起来。

乘客的感受是对的,记者也应该没有夸张,因为电车弯道运行产生的强大离心力,让一名叫克鲁齐的驾驶员直接翻着跟斗飞出了车外,一头扎进了路边的灌木丛,脸部受了轻伤,而爱迪生却像孩子般地又跳又笑:“真是一场漂亮的事故!”最惊人的事实是,根据记者的报道,电车第一次试车的时候,1200米的距离跑了53秒,第二次试车的时候跑了42秒,换算下来电车的速度达到了不可思议的103km/h。

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​门洛帕克小镇

爱迪生的电车一直持续不断运行到了1880年的秋天,在此期间,无数的慕名者蜂拥到了门洛帕克,给当地带来了一段时间的繁荣。过了秋天,美国北太平洋铁路公司的董事长亨利·维拉德(Henry Villard)向爱迪生提出了一个要求,希望他能够在门洛帕克修建更长的铁路线路,试验更多不同性能的电力机车,为将来美国西部小麦产区修建电气化铁路提供技术支持。

爱迪生满口答应,到了1882年,爱迪生在门洛帕克修建了一条4.8km的电气化铁路,同时还修建了配套的侧线用来临时停车,配置了转盘用来给机车转向,建造了货物站台以方便装卸货物,营造了车库用来停放和保养维修车辆。

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1923年的美国里士满有轨电车

这条铁路要比第一条试验线更加先进,上面运营两台电力机车,一台用于货运,另一台负责客运,货运列车装货多,跑的也不慢;客运机车跑得快,一次能拉90个人,应该说是非常成功的。此时距离西门子开通运营柏林首条有轨电车线路仅仅1年时间,比史伯格开通美国首次大规模商业运营的里士满有轨电车线路早6年时间。

但是为何爱迪生的发明没有被大规模地推广应用呢?其实,原因也不难理解,因为有更好的、造价更低、适用性更强的有轨电车技术就要现身人间了。他的老部下——弗兰克·史伯格就要登场了!​​​​

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王麟

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