Железнодорожный транспорт (также известный как железнодорожный транспорт) — это вид транспорта, использующий колесные транспортные средства, движущиеся по путям, которые обычно состоят из двух параллельных стальных рельсов. Железнодорожный транспорт является одним из двух основных видов наземного транспорта после автомобильного. Он используется примерно в 8% пассажирских и грузовых перевозок по всему миру благодаря своей энергоэффективности и потенциально высокой скорости.
Подвижной состав на рельсах обычно сталкивается с меньшим сопротивлением трения, чем автомобильный транспорт с резиновыми шинами, что позволяет присоединять железнодорожные вагоны к более длинным поездам. Электроэнергия обычно обеспечивается дизельными или электрическими локомотивами. Хотя железнодорожный транспорт является капиталоемким и менее гибким, чем автомобильный, он может перевозить тяжелые грузы и пассажиры с большей энергоэффективностью и безопасностью.
Предшественники железных дорог, приводимых в движение силой человека или животных, существовали с древних времен, но современный железнодорожный транспорт начался с изобретения паровоза в Соединенном Королевстве в начале 19 века. Первая пассажирская железная дорога, Стоктон-Дарлингтонская железная дорога, открылась в 1825 году. Быстрое распространение железных дорог по Европе и Северной Америке после открытия в 1830 году первого междугороднего сообщения в Англии стало ключевым компонентом промышленной революции. Внедрение железнодорожного транспорта снизило стоимость доставки по сравнению с водным транспортом, что привело к появлению «национальных рынков», на которых цены меньше варьировались от города к городу.
В 1880-х годах началась электрификация железных дорог с трамваями и системами скоростного транспорта. Начиная с 1940-х годов паровозы были заменены тепловозами. Первая высокоскоростная железнодорожная система была введена в эксплуатацию в Японии в 1964 году, и сейчас высокоскоростные железнодорожные линии соединяют многие города Европы, Восточной Азии и восточной части США. После некоторого спада из-за конкуренции со стороны автомобилей и самолетов, железнодорожный транспорт в последние десятилетия возродился из-за заторов на дорогах и роста цен на топливо, а также из-за того, что правительства инвестировали в железнодорожный транспорт как средство сокращения выбросов CO2. выбросы.
Гладкие, прочные дорожные покрытия создавались для колесных транспортных средств с доисторических времен. В некоторых случаях они были узкими и парными, чтобы поддерживать только колеса. То есть, это были пути для повозок или колеи. Некоторые имели канавки или фланцы или другие механические средства, чтобы удерживать колеса на пути.
Например, данные свидетельствуют о том, что мощеная дорога Диолкос длиной от 6 до 8,5 км перевозила лодки через Коринфский перешеек в Греции примерно с 600 г. до н. э. Диолкос использовался более 650 лет, по крайней мере до 1-го века н. э. Мощеные дороги также позже строились в римском Египте.
В 1515 году кардинал Маттеус Ланг написал описание Райссуга, фуникулера в крепости Хоэнзальцбург в Австрии. Первоначально на линии использовались деревянные рельсы и пеньковая буксировочная веревка, а привод приводился в движение силой человека или животного с помощью бегового колеса. Линия все еще работает, хотя и в обновленном виде, и, возможно, является самой старой действующей железной дорогой.
Повозки (или трамваи) с деревянными рельсами, запряженными лошадьми, начали появляться в 1550-х годах для облегчения транспортировки бочек с рудой на рудники и обратно, и вскоре стали популярными в Европе. Подобную операцию проиллюстрировал в Германии в 1556 году Георгиус Агрикола в своей работе De re Metallica. На этой линии использовались тележки «Hund» с колесами без фланцев, движущимися по деревянным доскам, и вертикальным штифтом на грузовике, входящим в зазор между досками, чтобы он двигался в правильном направлении. Шахтеры называли вагоны Хунде («собаки») из-за шума, который они производили на путях.
Есть много упоминаний об их использовании в Центральной Европе в 16 веке. Такая транспортная система позже использовалась немецкими горняками в Колдбеке, Камбрия, Англия, возможно, с 1560-х годов. Вагонная дорога была построена в Прескоте, недалеко от Ливерпуля, где-то около 1600 года, возможно, уже в 1594 году. Линия, принадлежавшая Филипу Лейтону, доставляла уголь из карьера возле Прескот-Холла до конечной остановки примерно в полумиле (800 м) от нее. Незадолго до 1604 года в Брозли в Шропшире также был построен фуникулер. По нему уголь для Джеймса Клиффорда доставлялся из его шахт к реке Северн, где его загружали на баржи и доставляли в прибрежные города. Wollaton Wagonway, построенный в 1604 году Хантингдоном Бомонтом, иногда ошибочно называют самой ранней британской железной дорогой. Он пролегал от Стрелли до Воллатона недалеко от Ноттингема.
Миддлтонская железная дорога в Лидсе, построенная в 1758 году, позже стала старейшей действующей железной дорогой в мире (не считая фуникулеров), хотя теперь и в модернизированном виде. В 1764 году в Льюистоне, штат Нью-Йорк, была построена первая железная дорога в Америке.
В конце 1760-х годов компания Coalbrookdale начала крепить чугунные пластины к верхней поверхности деревянных рельсов. Это позволило использовать различные калибры. Сначала для поворота можно было использовать только воздушные петли, но позже в обиход вошли подвижные точки, позволяющие переключаться.
Была введена система, в которой колеса без фланцев вращались на металлических пластинах L-образной формы, которые стали известны как пластинчатые направляющие. Джон Карр, менеджер шахты Шеффилда, изобрел этот рельс с фланцами в 1787 году, хотя точная дата его создания оспаривается. Бенджамин Аутрам использовал пластинчатые рельсы для вагонов, обслуживающих его каналы, и производил их на своем металлургическом заводе в Баттерли. В 1803 году Уильям Джессоп открыл на юге Лондона Суррейскую железную железную дорогу, двухпутную платформу, которую иногда ошибочно называют первой в мире общественной железной дорогой.
Уильям Джессоп ранее успешно использовал цельнометаллические перила и колеса с фланцами для расширения Чарнвудского лесного канала в Нанпантане, Лафборо, Лестершир, в 1789 году. В 1790 году Джессоп и его партнер Оутрам начали производство краевых рельсов. Джессоп стал партнером компании Butterley в 1790 году. Первой общественной объездной дорогой (таким образом, и первой общественной железной дорогой), построенной в 1796 году, была железная дорога Лейк-Лок. Хотя основной целью линии была перевозка угля, она также перевозила пассажиров.
Эти две системы строительства железных железных дорог, пластинчатый рельс «L» и рельс с гладкими краями, продолжали существовать бок о бок вплоть до начала 19 века. Колесо с фланцем и бортовой рельс со временем доказали свое превосходство и стали стандартом для железных дорог.
Чугун, используемый в рельсах, оказался неудовлетворительным, поскольку был хрупким и ломался при больших нагрузках. Кованое железо, изобретенное Джоном Биркиншоу в 1820 году, заменило чугун. Кованое железо, обычно называемое просто «железом», представляло собой пластичный материал, который мог подвергаться значительной деформации перед разрушением, что делало его более подходящим для изготовления железных рельсов. Но производство железа было дорогим, пока Генри Корт не запатентовал процесс лужения в 1784 году. В 1783 году Корт также запатентовал процесс прокатки, который консолидировал и придавал железу форму в 15 раз быстрее, чем ковка. Эти процессы значительно снизили стоимость производства железа и рельсов. Следующим важным достижением в производстве чугуна стал горячий дутье, разработанный Джеймсом Бомонтом Нильсоном (патент 1828 г.), который значительно снизил количество кокса (топлива) или древесного угля, необходимого для производства чугуна. Кованое железо представляло собой мягкий материал, содержащий шлак или шлак. Мягкость и окалина приводили к деформации и расслоению железных рельс, и они прослужили менее 10 лет. Иногда они длились всего год при интенсивном движении. Все эти достижения в производстве железа в конечном итоге привели к замене рельсов из композитного дерева и железа на более совершенные цельнометаллические рельсы.
Внедрение бессемеровского процесса, позволившего производить сталь недорого, привело к эпохе значительного расширения железных дорог, которая началась в конце 1860-х годов. Стальные рельсы прослужили в несколько раз дольше железных. Стальные рельсы сделали возможным создание более тяжелых локомотивов, что позволило использовать более длинные поезда и повысить производительность железных дорог. Бессемеровский процесс ввел в сталь азот, из-за чего сталь с возрастом стала хрупкой. Мартеновская печь начала заменять бессемеровский процесс ближе к концу 19 века, улучшив качество стали и еще больше снизив затраты. Таким образом, сталь полностью заменила использование железа в рельсах, став стандартом для всех железных дорог.
Первая пассажирская конка или трамвайная линия, Суонси и Мамблс, была открыта между Суонси и Мамблсом в Уэльсе в 1807 году. Лошади оставались предпочтительным видом трамвайного транспорта даже после появления паровых двигателей до конца XIX века, поскольку они были чище по сравнению с паровыми трамваями, которые дымили на городских улицах.
В 1784 году Джеймс Уатт, шотландский изобретатель и инженер-механик, запатентовал конструкцию паровоза. Уатт усовершенствовал паровую машину Томаса Ньюкомена, которая до сих пор использовалась для откачки воды из шахт, и в 1769 году разработал поршневой двигатель, способный приводить в движение колесо. Это был большой стационарный двигатель, приводивший в действие хлопчатобумажные фабрики и различное оборудование; состояние котельной техники требовало использования пара низкого давления, действующего на вакуум в цилиндре, что требовало отдельного конденсатора и воздушного насоса. Тем не менее, по мере совершенствования конструкции котлов Уотт исследовал использование пара под высоким давлением, действующего непосредственно на поршень, что открыло возможность создания двигателя меньшего размера, который можно было бы использовать для привода транспортного средства. Получив патент, сотрудник Уотта Уильям Мердок в том же году изготовил действующую модель самоходного парового экипажа.
Первый полноценный действующий железнодорожный паровоз был построен в Великобритании в 1804 году Ричардом Тревитиком, британским инженером, родившимся в Корнуолле. При этом использовался пар высокого давления для привода двигателя в движение одним рабочим тактом. В системе трансмиссии использовался большой маховик для выравнивания действия штока поршня. 21 февраля 1804 года состоялось первое в мире путешествие по железной дороге с паровой тягой, когда безымянный паровоз Тревитика буксировал поезд по трамвайным путям металлургического завода Пенидаррен, недалеко от Мертир-Тидфила в Южном Уэльсе. Позже Тревитик продемонстрировал локомотив, работающий на участке кругового железнодорожного пути в Блумсбери, Лондон, Поймай меня, кто сможет, но так и не вышел за рамки экспериментальной стадии с железнодорожными локомотивами, не в последнюю очередь потому, что его двигатели были слишком тяжелыми. для чугунной пластинчатой гусеницы, которая тогда использовалась.
Первым коммерчески успешным паровозом был реечный локомотив Саламанка Мэтью Мюррея, построенный для Миддлтонской железной дороги в Лидсе в 1812 году. Этот двухцилиндровый локомотив был достаточно легким, чтобы не ломать края рельсов, и решал проблему сцепление зубчатым колесом с помощью зубьев, отлитых на боковой стороне одного из рельсов. Таким образом, это была также первая зубчатая железная дорога.
За ним в 1813 году последовал локомотив Пыхтящий Билли, построенный Кристофером Блэкеттом и Уильямом Хедли для шахтной железной дороги Уайлам, первый успешный локомотив, работающий только за счет сцепления. Это было достигнуто за счет распределения веса между несколькими колесами. Пыхтящий Билли сейчас выставлен в Музее науки в Лондоне и является старейшим из существующих локомотивов.
В 1814 году Джордж Стефенсон, вдохновленный первыми локомотивами Тревитика, Мюррея и Хедли, убедил менеджера угольной шахты Киллингворт, где он работал, позволить ему построить машину с паровым двигателем. Стивенсон сыграл ключевую роль в разработке и широком внедрении паровоза. Его проекты значительно улучшили работы предыдущих пионеров. Он построил локомотив Blücher, также успешный локомотив с фланцевыми колесами. В 1825 году он построил локомотив Locomotion для Стоктон-Дарлингтонской железной дороги на северо-востоке Англии, который в 1825 году стал первой общественной паровой железной дорогой в мире, хотя на разных машинах использовалась как лошадиная сила, так и паровая энергия. бежит. В 1829 году он построил локомотив Ракета, который участвовал и выиграл испытания в Рейнхилле. Этот успех привел к тому, что Стивенсон сделал свою компанию выдающимся производителем паровозов для железных дорог Великобритании и Ирландии, США и большей части Европы.: 24–30 Первой общественной железной дорогой, на которой постоянно использовались только паровозы, была Ливерпульско-Манчестерская железная дорога, построенная в 1830 году.
Паровая энергия продолжала оставаться доминирующей энергосистемой на железных дорогах по всему миру на протяжении более столетия.
Первый известный электровоз был построен в 1837 году химиком Робертом Дэвидсоном из Абердина в Шотландии и питался от гальванических элементов (батарей). Таким образом, это был также самый ранний аккумуляторный электровоз. Позже Дэвидсон построил более крупный локомотив под названием Гальвани, выставленный на выставке Королевского шотландского общества искусств в 1841 году. Семитонный автомобиль имел два реактивных двигателя с прямым приводом и фиксированными электромагнитами, действующими на железные стержни, прикрепленные к ним. деревянный цилиндр на каждой оси и простые коммутаторы. Он буксировал груз массой шесть тонн со скоростью четыре мили в час (6 километров в час) на расстояние полторы мили (2,4 километра). Он был испытан на железной дороге Эдинбурга и Глазго в сентябре следующего года, но ограниченная мощность батарей помешала его широкому использованию. Его разрушили железнодорожники, которые увидели в этом угрозу своей занятости.
Вернер фон Сименс продемонстрировал электрическую железную дорогу в 1879 году в Берлине. Первая в мире линия электрического трамвая Gross-Lichterfelde Tramway открылась в Лихтерфельде недалеко от Берлина, Германия, в 1881 году. Она была построена компанией Siemens. Трамвай работал от постоянного напряжения 180 В, которое подавалось по ходовым рельсам. В 1891 году путь был оборудован воздушным проводом и линия была продлена до станции Берлин-Лихтерфельде-Запад. Электрическая железная дорога Волка открылась в 1883 году в Брайтоне, Англия. Железная дорога до сих пор работает, что делает ее старейшей действующей электрической железной дорогой в мире. Также в 1883 году недалеко от Вены в Австрии открылись трамваи Mödling и Hinterbrühl. Это была первая в мире трамвайная линия, работавшая на регулярной основе с питанием от воздушной линии. Пять лет спустя в США в 1888 году на пассажирской железной дороге Ричмонд-Юнион были впервые применены электрические троллейбусы с использованием оборудования, разработанного Фрэнком Дж. Спрэгом.
Первое использование электрификации на главной линии произошло на четырехмильном участке Балтиморской поясной линии железной дороги Балтимора и Огайо (B&O) в 1895 году, соединив основную часть B&O с новой линией, ведущей в Нью-Йорк, через серию туннели по краям центра Балтимора. Электричество быстро стало предпочтительным источником питания для метро, чему способствовало изобретение Спрагом системы управления составными поездами в 1897 году. К началу 1900-х годов большинство уличных железных дорог было электрифицировано.
Лондонский метрополитен, старейшая подземная железная дорога в мире, открылась в 1863 году, а в 1890 году она начала предоставлять электрические услуги с использованием четвертой железнодорожной системы на Сити и Южно-Лондонской железной дороге, которая теперь является частью Северной линии лондонского метрополитена. Это была первая крупная железная дорога, использовавшая электрическую тягу. Первая в мире электрическая железная дорога глубокого уровня, она проходит от лондонского Сити по реке Темзе до Стоквелла на юге Лондона.
Первый практичный электровоз переменного тока был спроектирован Чарльзом Брауном, работавшим тогда в компании Oerlikon, Цюрих. В 1891 году Браун продемонстрировал передачу электроэнергии на большие расстояния с использованием трехфазного переменного тока между гидроэлектростанцией в Лауффен-на-Неккаре и Франкфуртом-на-Майне-Запад, на расстояние 280 км (170 миль). Используя опыт, полученный им во время работы с Жаном Хайльманном над конструкциями пароэлектрических локомотивов, Браун заметил, что трехфазные двигатели имеют более высокое соотношение мощности к весу, чем двигатели постоянного тока, и из-за отсутствия коллектора их проще производить. и поддерживать. Однако они были намного больше, чем двигатели постоянного тока того времени, и их нельзя было устанавливать в подпольных тележках: их можно было перевозить только внутри кузовов локомотивов.
В 1894 году венгерский инженер Кальман Кандо разработал новый тип трехфазных асинхронных электроприводных двигателей и генераторов для электровозов. Проекты Кандо начала 1894 года были впервые применены на коротком трехфазном трамвае переменного тока в Эвиан-ле-Бен (Франция), который был построен между 1896 и 1898 годами.
В 1896 году компания Oerlikon установила первый коммерческий образец системы на трамвае Лугано. Каждый 30-тонный локомотив имел два двигателя мощностью 110 кВт (150 л. с.), работавших от трехфазных 750 В 40 Гц, питаемых от двух воздушных линий. Трехфазные двигатели работают с постоянной скоростью и обеспечивают рекуперативное торможение, а также хорошо подходят для крутых уклонов, а первые магистральные трехфазные локомотивы были поставлены компанией Brown (к тому времени в партнерстве с Walter Boveri) в 1899 году на 40-километровой линии Бургдорф–Тун, Швейцария.
Итальянские железные дороги первыми в мире ввели электрическую тягу не на коротком участке, а на всей длине магистрали. Линия Вальтеллина протяженностью 106 км была открыта 4 сентября 1902 года по проекту Кандо и команды завода Ганц. Электрическая система была трехфазной на 3 кВ 15 Гц. В 1918 году Кандо изобрел и разработал вращающийся фазовый преобразователь, позволяющий электровозам использовать трехфазные двигатели, питаемые по одному воздушному проводу, передающему простой однофазный переменный ток промышленной частоты (50 Гц) высоковольтных национальных сетей.
Важный вклад в более широкое внедрение тяги переменного тока внесла французская компания SNCF после Второй мировой войны. Компания провела испытания при частоте переменного тока 50 Гц и установила его в качестве стандарта. После успешных испытаний SNCF частота 50 Гц, которая теперь также называется промышленной частотой, была принята в качестве стандарта для магистральных линий по всему миру.
Самые ранние зарегистрированные примеры двигателя внутреннего сгорания для использования на железных дорогах включали прототип, разработанный Уильямом Дентом Пристманом. Сэр Уильям Томсон исследовал его в 1888 году и описал его как «масляный двигатель Пристмана, установленный на грузовике, который работает на временной линии рельсов, чтобы продемонстрировать адаптацию бензинового двигателя для локомотивов». В 1894 году в доках Халла использовалась двухосная машина мощностью 20 л.с. (15 кВт), построенная компанией Priestman Brothers.
В 1906 году Рудольф Дизель, Адольф Клозе и производитель паровых и дизельных двигателей Gebrüder Sulzer основали компанию Diesel-Sulzer-Klose GmbH для производства дизельных локомотивов. Компания Sulzer производила дизельные двигатели с 1898 года. Прусские государственные железные дороги заказали у компании тепловоз в 1909 году. Первый в мире дизельный локомотив эксплуатировался летом 1912 года на железной дороге Винтертур-Романсхорн в Швейцарии, но не был Коммерческий успех. Вес локомотива составлял 95 тонн, мощность — 883 кВт, максимальная скорость — 100 км/ч (62 миль в час). До середины 1920-х годов в ряде стран производилось небольшое количество прототипов тепловозов. С конца 1925 года в Советском Союзе эксплуатировались три экспериментальные установки различной конструкции, однако только одна из них (Эл-2) оказалась технически жизнеспособной.
Значительный прорыв произошел в 1914 году, когда инженер-электрик компании General Electric Герман Лемп разработал и запатентовал надежную систему электрического управления постоянным током (последующие усовершенствования были также запатентованы Лемпом). В конструкции Лемпа использовался один рычаг для скоординированного управления двигателем и генератором, и она была прототипом для всех систем управления дизель-электрическими локомотивами. В 1914 году первые в мире функциональные дизель-электрические вагоны были произведены для Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen (Королевские саксонские государственные железные дороги) компанией Waggonfabrik Rastatt с электрическим оборудованием от Brown, Boveri & Cie и дизельными двигателями от швейцарской Sulzer AG. . Они были классифицированы как DET 1 и DET 2 (de.wiki). Первыми регулярно используемыми дизель-электрическими локомотивами были маневровые (шунтовые) локомотивы. General Electric произвела несколько небольших переключаемых локомотивов в 1930-х годах (знаменитый «44-тонный» стрелочный перевод был представлен в 1940 году). Westinghouse Electric и Baldwin сотрудничали в создании импульсных локомотивов, начиная с 1929 года.
В 1929 году Канадские национальные железные дороги стали первой железной дорогой в Северной Америке, которая использовала в магистральных перевозках дизели с двумя агрегатами, 9000 и 9001, производства Westinghouse.
Хотя паровые и дизельные перевозки, развивающие скорость до 200 км/ч (120 миль в час), были запущены в Европе до 1960-х годов, они не имели большого успеха. https://www.lococarriage.org.uk/high_speed_rail.html
Первая электрифицированная высокоскоростная железная дорога Токайдо Синкансэн была введена в эксплуатацию в 1964 году между Токио и Осакой в Японии. С тех пор высокоскоростной железнодорожный транспорт, функционирующий со скоростью до и выше 300 км/ч (190 миль в час), был построен в Японии, Испании, Франции, Германии, Италии, Китайской Народной Республике, Тайване (Китайской Республике). , Великобритания, Южная Корея, Скандинавия, Бельгия и Нидерланды. Строительство многих из этих линий привело к резкому сокращению ближнемагистральных рейсов и автомобильного движения между связанными городами, такими как коридор Лондон-Париж-Брюссель, Мадрид-Барселона, Милан-Рим-Неаполь, а также многие другие. основные линии.
Высокоскоростные поезда обычно ходят по стандартным колеям из непрерывно сварных рельсов на разделенной на уровни полосе отвода, которая включает в себя большой радиус поворота в своей конструкции. Хотя высокоскоростные железные дороги чаще всего предназначены для пассажирских перевозок, некоторые высокоскоростные системы также предлагают грузовые перевозки.
С 1980 года железнодорожный транспорт кардинально изменился, но ряд исторических железных дорог продолжают работать как часть живой истории, чтобы сохранить и поддерживать старые железнодорожные линии для обслуживания туристических поездов.
Поезд – это связанный ряд железнодорожных транспортных средств, движущихся по рельсам. Движение поезда обеспечивается отдельным локомотивом или от отдельных двигателей в самоходных мотор-агрегатах. Большинство поездов перевозят коммерческую нагрузку, хотя существуют некоммерческие вагоны, предназначенные для собственного использования железной дорогой, например, для содержания путей. Машинист (инженер в Северной Америке) управляет локомотивом или другими силовыми вагонами, хотя пассажирские перевозки и некоторые скоростные транспортные средства находятся под автоматическим управлением.
Традиционно поезда тянут с помощью локомотива. Это предполагает размещение одного или нескольких транспортных средств в передней части поезда, обеспечивающих достаточную тяговую силу для перевозки веса всего поезда. Такая схема остается доминирующей для грузовых поездов и часто используется для пассажирских поездов. В двухтактном поезде концевой пассажирский вагон оборудован кабиной машиниста, чтобы машинист мог дистанционно управлять локомотивом. Это позволяет устранить один из недостатков поезда с локомотивной буксировкой, поскольку локомотив не нужно перемещать в переднюю часть поезда каждый раз, когда поезд меняет направление. Железнодорожный вагон – это транспортное средство, используемое для перевозки пассажиров или грузов.
Колеса с электроприводом по всему составу имеют агрегатный агрегат. Они используются в системах скоростного транспорта и трамваях, а также во многих пассажирских поездах ближнего и дальнего следования. Железнодорожный вагон представляет собой отдельный вагон с автономным приводом, который может приводиться в движение электрическим или дизельным двигателем. Несколько агрегатов имеют кабину водителя на каждом конце агрегата и были разработаны с учетом возможности создания электродвигателей и других двигателей, достаточно маленьких, чтобы поместиться под автобусом. Грузовых поездов всего несколько, большинство из них — высокоскоростные почтовые поезда.
Паровозы – это локомотивы с паровой машиной, обеспечивающей сцепление. Уголь, нефть или древесина сжигаются в топке, а кипящая вода в котле создает пар под давлением. Пар проходит через дымовую камеру, а затем выходит через дымоход или дымовую трубу. При этом он приводит в действие поршень, который передает мощность непосредственно через шатун (США: главный стержень) и кривошип (США: запястье) на ведущем колесе (США: главный привод) или на кривошип на ведущей оси. Паровозы были сняты с производства в большинстве стран мира по соображениям экономики и безопасности, хотя многие из них сохраняются в рабочем состоянии на исторических железных дорогах.
Электровозы получают питание от стационарного источника через контактный провод или третий рельс. Некоторые также или вместо этого используют аккумулятор. В локомотивах, которые питаются от переменного тока высокого напряжения, трансформатор в локомотиве преобразует высоковольтную низковольтную мощность в низковольтную высоковольтную мощность, используемую в тяговых двигателях, которые приводят в действие колеса. Современные локомотивы могут использовать трехфазные асинхронные двигатели переменного тока или двигатели постоянного тока. При определенных условиях электровозы являются самой мощной тягой. Они также являются самыми дешевыми в эксплуатации и обеспечивают меньше шума и отсутствие локального загрязнения воздуха. Однако они требуют больших капиталовложений как для воздушных линий, так и для вспомогательной инфраструктуры, а также для генерирующей станции, которая необходима для производства электроэнергии. Соответственно, электрическая тяга используется в городских системах, линиях с интенсивным движением и для высокоскоростных железных дорог.
Дизельные локомотивы используют дизельный двигатель в качестве первичного двигателя. Передача энергии может быть дизель-электрической, дизель-механической или дизель-гидравлической, но дизель-электрическая является преобладающей. Электродизельные локомотивы предназначены для работы как дизель-электрические на неэлектрифицированных участках, так и как электровозы на электрифицированных участках.
Альтернативные методы привода включают магнитную левитацию, конную тягу, канат, гравитацию, пневматику и газовую турбину.
Пассажирский поезд останавливается на станциях, где пассажиры могут посадиться и высадиться. Наблюдение за поездом является обязанностью охранника/начальника поезда/проводника. Пассажирские поезда являются частью общественного транспорта и часто составляют его основу, а автобусы доставляются на станции. Пассажирские поезда обеспечивают междугородние перевозки на дальние расстояния, ежедневные пригородные поездки или услуги местного городского транспорта, используя различные транспортные средства, рабочие скорости, требования к полосе отвода и частоту движения. Частота движения часто выражается количеством поездов в час (т/ч). Пассажирские поезда обычно делятся на два типа: междугородные железнодорожные и внутригородские транзитные. В то время как междугородние железные дороги предполагают более высокие скорости, более длинные маршруты и меньшую частоту движения (обычно по расписанию), внутригородской транзит предполагает более низкие скорости, более короткие маршруты и более высокую частоту движения (особенно в часы пик).
Междугородние поезда — это поезда дальнего следования, которые курсируют между городами с небольшим количеством остановок. В поездах обычно есть такие удобства, как вагон-ресторан. Некоторые линии также предоставляют ночные перевозки в спальных вагонах. Некоторым поездам дальнего следования присвоены особые названия. Региональные поезда — это поезда средней дальности, которые соединяют города с отдаленными районами или обеспечивают региональные перевозки, делая больше остановок и имея более низкую скорость. Пригородные поезда обслуживают пригороды городских районов, обеспечивая ежедневные перевозки. Железнодорожное сообщение с аэропортом обеспечивает быстрый доступ из центра города в аэропорт.
Высокоскоростные железные дороги — это специальные междугородние поезда, которые курсируют с гораздо более высокими скоростями, чем обычные железные дороги, при этом предельная скорость составляет от 200 до 350 километров в час (от 120 до 220 миль в час). Высокоскоростные поезда используются в основном для дальних перевозок, и большинство систем расположены в Западной Европе и Восточной Азии. В поездах на магнитной подушке, таких как шанхайский поезд на магнитной подвеске, используются подходящие магниты, которые притягиваются вверх к нижней части направляющих, и эта линия достигла несколько более высоких пиковых скоростей в повседневной работе, чем обычные высокоскоростные железные дороги, хотя и не более чем на более высоких скоростях. короткие расстояния. Из-за более высоких скоростей маршруты высокоскоростных железных дорог, как правило, имеют более широкие повороты, чем обычные железные дороги, но могут иметь более крутые уклоны, по которым поездам с большой кинетической энергией легче преодолевать подъемы.
Высокая кинетическая энергия приводит к более высокому соотношению мощности к тонне (например, 20 лошадиных сил на короткую тонну или 16 киловатт на тонну); это позволяет поездам ускоряться и поддерживать более высокие скорости и преодолевать крутые подъемы по мере того, как импульс нарастает и восстанавливается при спуске (снижение требований к выемке, засыпке и прокладке туннелей). Поскольку на кривые действуют боковые силы, кривизны проектируются с максимально возможным радиусом. Все эти особенности кардинально отличаются от грузовых перевозок, что оправдывает эксклюзивные высокоскоростные железнодорожные линии, если это экономически целесообразно.
Высокоскоростные железнодорожные перевозки — это междугородные железнодорожные перевозки, максимальная скорость которых выше, чем у обычных междугородних поездов, но не такая высокая, как у высокоскоростных железнодорожных перевозок. Эти услуги предоставляются после усовершенствования традиционной железнодорожной инфраструктуры для поддержки поездов, которые могут безопасно двигаться на более высоких скоростях.
Скоростной транспорт — это внутригородская система, построенная в крупных городах и имеющая самую высокую пропускную способность среди всех систем пассажирского транспорта. Обычно он разделен на уровни и обычно строится под землей или на возвышении. На уровне улицы можно использовать трамваи меньшего размера. Легкорельсовый транспорт — это модернизированные трамваи, имеющие бесступенчатый доступ, собственную полосу отвода, а иногда и участки под землей. Монорельсовые системы представляют собой надземные системы средней пропускной способности. Пассажирский пассажирский поезд — это беспилотный поезд с разделением по классам, который обслуживает лишь несколько станций в качестве шаттла. Из-за отсутствия единообразия в системах скоростного транспорта трассы различаются с разными полосами отвода (частная земля, обочина, середина улицы) и геометрическими характеристиками (резкие или широкие повороты, крутые или пологие уклоны). Например, поезда L в Чикаго имеют очень короткие вагоны, позволяющие преодолевать крутые повороты кольцевой дороги. У компании PATH в Нью-Джерси есть автомобили аналогичного размера, которые подходят для поворотов в туннелях через Гудзон. Компания BART в Сан-Франциско эксплуатирует на своих маршрутах большие автомобили.
Грузовые поезда перевозят грузы в специализированных для данного типа грузов грузовых вагонах. Грузовые поезда очень эффективны, отличаются экономией за счет масштаба и высокой энергоэффективностью. Однако их использование может быть сокращено из-за отсутствия гибкости, если возникает необходимость перевалки в обоих концах рейса из-за отсутствия путей к пунктам приема и доставки. Власти часто поощряют использование грузового железнодорожного транспорта из-за его эффективности и сокращения дорожного движения.
Контейнерные поезда стали широко использоваться во многих местах для перевозки генеральных грузов, особенно в Северной Америке, где двойное штабелирование снижает затраты. Контейнеры можно легко перегружать между другими видами транспорта, такими как суда и грузовики, а также при разрыве колеи. Контейнеры пришли на смену товарным вагонам (вагонным), где груз приходилось загружать и выгружать в поезд вручную. Интермодальная контейнеризация грузов произвела революцию в сфере логистики цепочек поставок, значительно снизив затраты на доставку. В Европе вагон с раздвижными стенками в значительной степени вытеснил обычные крытые вагоны. Другие типы автомобилей включают вагоны-рефрижераторы, товарные вагоны для скота и автостойки для дорожных транспортных средств. Когда железнодорожный транспорт сочетается с автомобильным транспортом, железнодорожный рельсовый транспортер позволит заезжать на поезд прицепами, что упрощает переход между автомобильным и железнодорожным транспортом.
Перевалка грузов навалом представляет собой ключевое преимущество для железнодорожных перевозок. Низкие или даже нулевые затраты на перевалку в сочетании с энергоэффективностью и низкими складскими расходами позволяют поездам перегружать большие объемы грузов гораздо дешевле, чем автомобильным транспортом. Типичный сыпучий груз включает уголь, руду, зерно и жидкости. Сыпучие грузы перевозят в полувагонах, вагонах-хопперах и цистернах.
Железнодорожные пути прокладываются на землях, находящихся в собственности или в аренде железнодорожной компании. Из-за желательности сохранения небольших уклонов в холмистой или гористой местности рельсы часто прокладываются по окольным маршрутам. Требования к длине маршрута и уклону можно уменьшить за счет использования чередующихся выемок, мостов и туннелей — все это может значительно увеличить капитальные затраты, необходимые для создания полосы отвода, при этом значительно снижая эксплуатационные расходы и обеспечивая более высокие скорости на большем радиусе. кривые. В густонаселенных районах железные дороги иногда прокладывают в туннелях, чтобы минимизировать воздействие на существующую недвижимость.
Путь состоит из двух параллельных стальных рельсов, закрепленных перпендикулярно элементам, называемым шпалами (шпалами), из дерева, бетона, стали или пластика, чтобы поддерживать постоянное расстояние друг от друга или ширину колеи. Возможны и другие варианты, такие как «плитный путь», в котором рельсы крепятся к бетонному фундаменту, опирающемуся на подготовленное основание.
Ширина колеи обычно подразделяется на стандартную (используется примерно на 70% существующих железнодорожных линий в мире), широкую и узкую колею. Помимо колеи, пути будут уложены в соответствии с габаритом погрузки, определяющим максимальную высоту и ширину железнодорожного транспорта и его грузов для обеспечения безопасного проезда через мосты, туннели и другие сооружения.
Гусеница направляет конические колеса с фланцами, удерживая вагоны на пути без активного рулевого управления и, следовательно, позволяя поездам быть намного длиннее, чем дорожные транспортные средства. Рельсы и шпалы обычно размещаются на фундаменте из спрессованной земли, поверх которого укладывается слой балласта для распределения нагрузки от шпал и предотвращения прогиба пути по мере того, как земля со временем оседает под весом транспортных средств. пройдя выше.
Балласт также служит средством дренажа. Некоторые более современные пути на специальных участках крепятся напрямую, без балласта. Трек может быть изготовлен заранее или собран на месте. Сваривая рельсы вместе с образованием отрезков бесстыкового рельса, можно противодействовать дополнительному износу подвижного состава, вызванному небольшим поверхностным зазором в местах стыков между рельсами; это также делает езду более тихой.
На поворотах внешний рельс может находиться на более высоком уровне, чем внутренний рельс. Это называется виражом или наклоном. Это уменьшает силы, стремящиеся сместить гусеницу, и обеспечивает более комфортную езду для стоящего скота, а также для стоящих или сидящих пассажиров. Определенная величина виража наиболее эффективна в ограниченном диапазоне скоростей.
Стрелки и стрелочные переводы, также известные как стрелочные переводы, представляют собой средства направления поезда на расходящийся участок пути. Проложенный аналогично обычному пути, пункт обычно состоит из крестовины (общего переезда), контрольных рельсов и двух стрелочных рельсов. Стрелочные рельсы можно перемещать влево или вправо под управлением системы сигнализации, чтобы определить, по какому пути будет следовать поезд.
Шипы в деревянных шпалах со временем могут ослабнуть, но расколотые и гнилые шпалы можно индивидуально заменить новыми деревянными шпалами или заменителями бетона. Бетонные шпалы также могут иметь трещины или расколы, и их также можно заменять по отдельности. Если рельсы осядут из-за проседания грунта, их можно поднять с помощью специальной техники и подтрамбовать под шпалы дополнительный балласт для выравнивания рельсов.
Периодически балласт необходимо удалять и заменять чистым балластом, чтобы обеспечить достаточный дренаж. Водопропускные трубы и другие каналы для воды должны содержаться в чистоте, чтобы вода не задерживалась в путевом полотне и не вызывала оползней. Там, где полотна прокладываются вдоль рек, обычно размещается дополнительная защита для предотвращения эрозии берегов ручьев во время паводка. Мосты требуют осмотра и обслуживания, поскольку при прохождении тяжелого поезда они подвергаются большим скачкам напряжения за короткий промежуток времени.
Использование разной ширины колеи в разных регионах мира, а иногда и в пределах одной страны, может затруднить движение пассажиров и грузов. Часто сложные передаточные механизмы устанавливаются там, где встречаются две линии разной колеи, чтобы облегчить движение через разрыв колеи. Страны с несколькими колеями, такие как Индия и Австралия, вложили значительные средства в унификацию своих железнодорожных сетей. Китай разрабатывает модернизированный Евразийский сухопутный мост для перевозки грузов по железной дороге в Западную Европу.
Проверка железнодорожного оборудования необходима для безопасного движения поездов. На железных дорогах мира используются многие типы дефектоскопов. В этих устройствах используются технологии, которые варьируются от упрощенного лопасти до инфракрасного и лазерного сканирования и даже ультразвукового аудиоанализа. Их использование позволило избежать многих железнодорожных аварий за 70 лет их использования.
Железнодорожная сигнализация — это система, используемая для безопасного управления железнодорожным движением во избежание столкновений поездов. Направляемые по фиксированным рельсам, которые создают низкое трение, поезда исключительно подвержены столкновениям, поскольку они часто двигаются со скоростями, которые не позволяют им быстро остановиться или на расстоянии видимости машиниста; Дорожные транспортные средства, которые сталкиваются с более высоким уровнем трения между резиновыми шинами и поверхностью дороги, имеют гораздо более короткий тормозной путь. Большинство форм управления поездами предполагают передачу полномочий на движение от лиц, ответственных за каждый участок железнодорожной сети, поездной бригаде. Не все методы требуют использования сигналов, а некоторые системы специфичны для однопутных железных дорог.
Процесс сигнализации традиционно осуществляется в сигнальной будке, небольшом здании, в котором находится рычажная рама, необходимая сигнальщику для управления переключателями и сигнальным оборудованием. Они размещаются с различными интервалами по маршруту железной дороги, контролируя определенные участки пути. Более поздние технологические разработки сделали такую оперативную доктрину излишней из-за централизации операций сигнализации в региональных диспетчерских. Этому способствовало более широкое использование компьютеров, позволяющих контролировать огромные участки пути из одного места. Обычный метод блоковой сигнализации делит путь на зоны, охраняемые комбинацией блокирующих сигналов, правил эксплуатации и устройств автоматического контроля, так что в каждый момент времени на блоке может находиться только один поезд.
Система электрификации обеспечивает поезда электроэнергией, поэтому они могут работать без первичного тягача на борту. Это позволяет снизить эксплуатационные расходы, но требует больших капитальных вложений попутно. Магистральные и трамвайные системы обычно имеют воздушные провода, которые свисают со столбов вдоль линии. В скоростном транспорте с разделением по уровням иногда используется наземный третий рельс.
Электроэнергия может подаваться как постоянный (DC), так и переменный ток (AC). Наиболее распространенные напряжения постоянного тока составляют 600 и 750 В для трамвайных систем и систем скоростного транспорта, а также 1500 и 3000 В для магистральных линий. Двумя доминирующими системами переменного тока являются 15 кВ и 25 кВ.
Железнодорожный вокзал служит местом, где пассажиры могут садиться и выходить из поездов. Товарная станция — это площадка, которая используется исключительно для погрузки и разгрузки грузов. На крупных пассажирских станциях есть как минимум одно здание, обеспечивающее пассажирам удобства, такие как покупка билетов и питание. Меньшие станции обычно состоят только из платформы. Ранние станции иногда строились как с пассажирскими, так и с грузовыми помещениями.
Платформы используются для облегчения доступа к поездам и соединены друг с другом подземными переходами, пешеходными мостами и железнодорожными переездами. Некоторые крупные станции построены как тупики, и поезда ходят только в одном направлении. Станции меньшего размера обычно обслуживают местные жилые районы и могут быть связаны с пригородными автобусами. Крупные станции, в частности центральные, служат основными узлами общественного транспорта города и обеспечивают пересадку между железнодорожными линиями, а также скоростным транспортом, трамваями или автобусами.
С 1980-х годов наблюдается растущая тенденция к разделению железнодорожных компаний: компании, владеющие подвижным составом, отделяются от компаний, владеющих инфраструктурой. Это особенно верно в Европе, где такого соглашения требует Европейский Союз. Это позволило любому оператору поездов открыть доступ к любой части европейской железнодорожной сети. В Великобритании железнодорожные пути находятся в государственной собственности, а их эксплуатацией, обслуживанием и развитием занимается государственный орган (Network Rail), а компании по эксплуатации поездов управляют поездами после приватизации в 1990-х годах.
В США практически все железнодорожные сети и инфраструктура за пределами Северо-восточного коридора находятся в частной собственности грузовых линий. Пассажирские линии, в первую очередь Amtrak, выступают арендаторами грузовых линий. Следовательно, операции должны быть тесно синхронизированы и скоординированы между грузовыми и пассажирскими железными дорогами, при этом пассажирские поезда часто отправляются принимающей грузовой железной дорогой. Благодаря этой общей системе оба регулируются Федеральным управлением железных дорог (FRA) и могут следовать рекомендованным AREMA практикам работы на путях и стандартам AAR для транспортных средств.
Основным источником доходов железнодорожных компаний являются доходы от продажи билетов (на пассажирские перевозки) и платы за отправку грузов. Частым путешественникам иногда доступны скидки и ежемесячные проездные билеты (например, абонемент и проездной на поезд). Доход от фрахта может быть продан за место в контейнере или за весь поезд. Иногда грузоотправитель владеет автомобилями и только арендует их. Для пассажирского транспорта доходы от рекламы могут быть значительными.
Правительства могут принять решение о предоставлении субсидий железнодорожному транспорту, поскольку железнодорожный транспорт имеет меньше внешних эффектов, чем другие доминирующие виды транспорта. Если железнодорожная компания находится в государственной собственности, государство может просто предоставить прямые субсидии в обмен на увеличение производства. Если предприятия были приватизированы, существует несколько вариантов. В некоторых странах существует система, в которой инфраструктура принадлежит государственному учреждению или компании – с открытым доступом к путям для любой компании, соответствующей требованиям безопасности. В таких случаях государство может предоставить пути бесплатно или за плату, которая не покрывает всех расходов. Это рассматривается как аналог того, как правительство обеспечивает свободный доступ к дорогам. Для пассажирских перевозок может быть выплачена прямая субсидия государственному оператору или может быть проведен тендер по обязательствам по предоставлению общественных услуг, а ограниченный по времени контракт присужден лицу, предложившему наименьшую цену. Общий объем железнодорожных субсидий ЕС в 2005 году составил 73 миллиарда евро.
Via Rail Canada и пассажирская железнодорожная служба США Amtrak являются частными железнодорожными компаниями, зарегистрированными правительствами своих стран. Поскольку частные пассажирские перевозки сократились из-за конкуренции со стороны автомобилей и авиакомпаний, они стали акционерами Amtrak либо с денежным вступительным взносом, либо отказавшись от своих локомотивов и подвижного состава. Правительство субсидирует Amtrak, предоставляя стартовый капитал и компенсируя убытки в конце финансового года.
Некоторые поезда движутся быстрее, чем автомобильный транспорт. Они тяжелы и неспособны отклониться от колеи, имеют больший тормозной путь. Возможные несчастные случаи включают сход с рельсов (вылет с рельсов) и столкновения с другим поездом или дорожным транспортным средством, а также с пешеходами на железнодорожных переездах, на которые приходится большая часть всех железнодорожных происшествий и несчастных случаев. Чтобы минимизировать риск, наиболее важными мерами безопасности являются строгие правила эксплуатации, например: железнодорожная сигнализация, ворота или разделение уровней на переездах. Поездные свистки, звонки или гудки предупреждают о присутствии поезда, а придорожные сигналы поддерживают расстояние между поездами. Еще один метод повышения безопасности — установка дверей-ширм на платформе, отделяющих платформу от железнодорожных путей. Они предотвращают несанкционированное проникновение на железнодорожные пути, которое может привести к авариям, которые могут привести к серьезным травмам или смерти, а также предоставляют другие преимущества, такие как предотвращение накопления мусора на путях, который может представлять опасность пожара.
На многих высокоскоростных междугородних сетях, таких как японский Синкансэн, поезда курсируют по выделенным железнодорожным линиям без каких-либо железнодорожных переездов. Это важный элемент безопасности системы, поскольку он эффективно исключает вероятность столкновения с автомобилями, другими транспортными средствами или пешеходами, а также значительно снижает вероятность столкновения с другими поездами. Еще одним преимуществом является то, что услуги междугородной сети остаются пунктуальными.
Как и любой инфраструктурный объект, железные дороги должны проводить периодические проверки и техническое обслуживание, чтобы свести к минимуму последствия сбоев инфраструктуры, которые могут нарушить операции по получению доходов от грузовых перевозок и пассажирские перевозки. Поскольку пассажиры считаются наиболее важным грузом и обычно летают с более высокими скоростями, более крутыми уклонами и с более высокой пропускной способностью/частотой, их линии особенно важны. Практика проверки включает проверку геометрии пути автомобилями или пешеходную проверку. Обслуживание кривых, особенно для транспортных услуг, включает в себя замеры, затяжку крепежных элементов и замену рельсов.
Рифление рельсов является распространенной проблемой в транспортных системах из-за большого количества проходов между колесами и легкими осями, которые приводят к шлифованию стыка колеса и рельса. Поскольку техническое обслуживание может пересекаться с эксплуатацией, необходимо внимательно следить за периодами технического обслуживания (ночное время, непиковое время, изменение расписания поездов или маршрутов). Кроме того, необходимо всегда учитывать безопасность пассажиров во время работ по техническому обслуживанию (межпутевое ограждение, правильное хранение материалов, уведомления о работе пути, опасности оборудования вблизи государственных объектов). Иногда проблемы с доступом для технического обслуживания могут возникнуть из-за туннелей, надземных сооружений и перегруженных городских пейзажей. Здесь используется специализированное оборудование или уменьшенные версии обычного оборудования для технического обслуживания.
В отличие от автомагистралей или дорожных сетей, где пропускная способность разбита на несвязанные поездки по отдельным сегментам маршрута, пропускная способность железных дорог по сути считается сетевой системой. В результате многие компоненты являются причинами и следствиями сбоев в работе системы. При техническом обслуживании необходимо учитывать широкий спектр характеристик маршрута (тип движения поездов, отправление/назначение, сезонные воздействия), пропускную способность линии (длина, рельеф, количество путей, типы управления поездами), пропускную способность поездов (максимальные скорости, ускорение/ темпы торможения) и особенности обслуживания на общих грузопассажирских путях (разъезды, пропускная способность терминалов, пересадочные маршруты, тип конструкции).
Железнодорожный транспорт является энергоэффективным, но капиталоемким видом механизированного наземного транспорта. Пути обеспечивают гладкую и твердую поверхность, по которой колеса поезда могут катиться с относительно низким уровнем трения.
Типичный современный вагон может вмещать до 113 тонн (125 коротких тонн) груза на двух четырехколесных тележках. Путь равномерно распределяет вес поезда, обеспечивая значительно большую нагрузку на ось и колесо, чем при автомобильном транспорте, что приводит к повышению энергоэффективности. Поезда имеют меньшую лобовую площадь по сравнению с перевозимым грузом, что снижает сопротивление воздуха и, следовательно, потребление энергии.
Кроме того, наличие гусениц, направляющих колеса, позволяет тянуть очень длинные поезда с помощью одного или нескольких двигателей и управлять одним оператором даже на поворотах, что позволяет добиться экономии за счет масштаба как в использовании рабочей силы, так и энергии; Напротив, в автомобильном транспорте более двух сочленений вызывают «рыбий хвост» и делают транспортное средство небезопасным.
Если принять во внимание только энергию, затрачиваемую на перемещение транспортных средств, и на примере городской территории Лиссабона, электропоезда кажутся в среднем в 20 раз более эффективными, чем автомобили, для перевозки пассажиров, если мы примем во внимание энергию, затрачиваемую на пассажиро-расстояние. с аналогичным соотношением занятости. Учитывая автомобиль с расходом топлива около 6 л/100 км (47 миль на галлон‑imp; 39 миль на галлон‑США), в среднем автомобиль в Европе имеет вместимость около 1,2 пассажира на автомобиль (коэффициент занятости около 24%) и что один литр топлива составляет около 8,8 кВтч (32 МДж), что соответствует в среднем 441 Втч (1590 кДж) на пассажиро-километр. Для сравнения: современный поезд со средней заполняемостью 20 % и потреблением около 8,5 кВт⋅ч/км (31 МДж/км; 13,7 кВт⋅ч/миль), что соответствует 21,5 Втч (77 кДж) на пассажиро-километр. , в 20 раз меньше, чем автомобильный.
Благодаря этим преимуществам железнодорожный транспорт является основным видом пассажирских и грузовых перевозок во многих странах. Он повсеместно распространен в Европе, а его интегрированная сеть охватывает практически весь континент. В Индии, Китае, Южной Корее и Японии многие миллионы людей пользуются поездами в качестве регулярного транспорта. В Северной Америке грузовые железнодорожные перевозки широко распространены и активно используются, но междугородние пассажирские железнодорожные перевозки относительно редки за пределами Северо-восточного коридора из-за возросшего предпочтения других видов транспорта, в частности автомобилей и самолетов. Однако внедрение новых и улучшенных способов, таких как обеспечение легкой доступности в пределах районов, может помочь сократить использование пассажирами личных транспортных средств и самолетов.
Южная Африка, Северная Африка и Аргентина имеют обширные железнодорожные сети, но некоторые железные дороги в других местах Африки и Южной Америки представляют собой изолированные линии. В Австралии в целом разреженная сеть, соответствующая плотности ее населения, но есть некоторые районы со значительными сетями, особенно на юго-востоке. В дополнение к ранее существовавшей трансконтинентальной линии восток-запад в Австралии, была построена линия с севера на юг. Самая высокогорная железная дорога в мире — это линия до Лхасы в Тибете, частично проходящая по территории вечной мерзлоты. Западная Европа имеет самую высокую плотность железных дорог в мире, и многие отдельные поезда там курсируют через несколько стран, несмотря на технические и организационные различия в каждой национальной сети.
Исторически железные дороги считались центральным элементом современности и идей прогресса. Процесс модернизации XIX века включал переход от мира, ориентированного в пространстве, к миру, ориентированному на время. Хронометраж стал приобретать повышенное значение, в результате чего на вокзалах появились башни с часами, часы в общественных местах и карманные часы для железнодорожников и путешественников. Поезда следовали точному расписанию и никогда не отправлялись раньше времени, тогда как в досовременную эпоху пассажирские суда отправлялись всякий раз, когда у капитана было достаточно пассажиров. В досовременную эпоху местное время устанавливалось в полдень, когда солнце было в самом высоком положении; ситуация изменилась с введением стандартных часовых поясов. Печатные расписания были удобны для путешественников, но более подробные расписания, называемые заказами на поезда, были необходимы для поездных бригад, рабочих по техническому обслуживанию, персонала станций, а также для ремонтных и обслуживающих бригад. Структура железнодорожных расписаний позже была адаптирована для различных целей, например, для расписания автобусов, паромов и самолетов, для радио- и телевизионных программ, для школьных расписаний и для заводских часов.
Изобретение электрического телеграфа в начале 19 века также имело решающее значение для развития и эксплуатации железнодорожных сетей. Если плохая погода нарушала работу системы, телеграфисты немедленно передавали исправления и обновления по всей системе. Кроме того, большинство железных дорог были однопутными, с разъездами и сигналами, позволяющими поездам с более низким приоритетом отклоняться в сторону и проводить запланированные встречи.
Ученые связали железные дороги с успешными усилиями государств по построению нации.
По мнению историка Генри Адамса, железнодорожная сеть нуждалась:
Воздействие можно оценить по пяти аспектам: судоходство, финансы, менеджмент, карьера и реакция населения.
Железные дороги образуют эффективную сеть доставки грузов и пассажиров на большом национальном рынке; таким образом, их развитие принесло пользу многим аспектам национальной экономики, включая производство, розничную и оптовую торговлю, сельское хозяйство и финансы. К 1940-м годам в Соединенных Штатах был интегрированный национальный рынок, сопоставимый по размеру с европейским, но свободный от внутренних барьеров и тарифов и поддерживаемый общим языком, финансовой системой и правовой системой.
Финансирование железных дорог послужило основой для резкого расширения частной (неправительственной) финансовой системы. Строительство железных дорог было намного дороже, чем строительство заводов: в 1860 году общая сумма железнодорожных акций и облигаций составляла 1,8 миллиарда долларов; в 1897 году он достиг 10,6 миллиарда долларов (по сравнению с общим государственным долгом в 1,2 миллиарда долларов).
Финансирование поступило от финансистов с северо-востока США и из Европы, особенно из Великобритании. Около 10 процентов финансирования поступило от правительства, особенно в виде грантов на землю, которые были реализованы после завершения определенного объема железнодорожных путей. Формирующаяся американская финансовая система была основана на железнодорожных облигациях, и к 1860 году Нью-Йорк стал доминирующим финансовым рынком. Британцы вложили значительные средства в железные дороги по всему миру, но больше всего в Соединенные Штаты; к 1914 году общая стоимость облигаций достигла около 3 миллиардов долларов. Однако в 1914–1917 годах британцы ликвидировали свои американские активы для оплаты военных поставок.
Руководство железной дороги разработало сложные системы, которые могли одновременно обрабатывать гораздо более сложные взаимоотношения, чем те, которые были распространены в других отраслях того времени. Инженеры-строители стали высшим руководством железных дорог. Ведущими американскими новаторами были Западная железная дорога Массачусетса и железная дорога Балтимора и Огайо в 1840-х годах, железная дорога Эри в 1850-х годах и Пенсильванская железная дорога в 1860-х годах.
Развитие железных дорог привело к появлению карьеры в частном секторе как для рабочих, так и для служащих. Железнодорожное дело стало для молодых людей профессией на всю жизнь; женщин почти никогда не принимали на работу. Типичный карьерный путь предполагает, что молодого человека нанимают в 18 лет в качестве рабочего в магазине, повышают до квалифицированного механика в 24 года, тормозного мастера в 25 лет, кондуктора грузовых перевозок в 27 лет и кондуктора пассажиров в 57 лет. Карьерные пути белых воротничков также были разными. очерчено: образованные молодые люди начинали с канцелярской или статистической работы и продвигались до станционных агентов или бюрократов в дивизионных или центральных штабах, приобретая дополнительные знания, опыт и человеческий капитал на каждом уровне. Поскольку их было очень трудно заменить, им практически гарантировались постоянные рабочие места, страховка и медицинское обслуживание.
Наем, увольнение и ставки заработной платы устанавливались не бригадирами, а центральными администраторами, чтобы свести к минимуму фаворитизм и личные конфликты. Все делалось по правилам, в соответствии с которыми все более сложный набор правил диктовал каждому, что именно следует делать в любых обстоятельствах, и каковы будут его звания и зарплата. К 1880-м годам карьерные железнодорожники начали выходить на пенсию, и для них были изобретены пенсионные системы.
Железные дороги способствуют социальной активности и экономической конкурентоспособности, перевозя множество клиентов и рабочих в городские центры и внутренние пригороды. Гонконг признал железную дорогу «основой системы общественного транспорта» и, таким образом, развил свою франчайзинговую автобусную систему и дорожную инфраструктуру в полном соответствии со своими железнодорожными услугами. Крупные города Китая, такие как Пекин, Шанхай и Гуанчжоу, признают железнодорожные транзитные линии в качестве каркаса, а автобусные линии — в качестве основного тела своих столичных транспортных систем. Японский Shinkansen был построен для удовлетворения растущего спроса на перевозки в «сердце японской промышленности и экономики», расположенном на линии Токио-Кобе.
Железнодорожный транспорт может иметь важное значение для военной деятельности. В 1860-х годах железные дороги служили средством быстрого перемещения войск и грузов во время Гражданской войны в США, а также во время австро-прусской и франко-прусской войн. мобилизация, позволяющая быстро и эффективно переправить большое количество резервистов к местам сбора, а солдат пехоты — на передовую. Так называемые стратегические железные дороги строились или строятся преимущественно для военных целей. Западному фронту во Франции во время Первой мировой войны требовалось много поездов с боеприпасами в день. И наоборот, из-за своей стратегической ценности железнодорожные станции и мосты в Германии и оккупированной Франции были основными целями воздушных налетов союзников во время Второй мировой войны. Железнодорожный транспорт и инфраструктура продолжают играть важную роль в современных конфликтах, таких как российское вторжение на Украину, где диверсии на железных дорогах в Беларуси и России также повлияли на ход войны.
Железные дороги направляют рост в сторону густонаселенных городских агломераций и вдоль их артерий. Это контрастирует с расширением автомагистралей, что свидетельствует о транспортной политике США после Второй мировой войны, которая вместо этого поощряет развитие пригородов на периферии мегаполисов, способствуя увеличению пробега транспортных средств, выбросам углекислого газа, освоению новых территорий и истощению природных ресурсов. резервы. Эти механизмы переоценивают городские пространства, местные налоги, стоимость жилья и способствуют развитию смешанного использования.
Также существовало некоторое противодействие развитию железнодорожных сетей. Например, появление железных дорог и паровозов в Австрии в 1840-х годах разозлило местных жителей из-за шума, запаха и загрязнения, вызванного поездами, а также ущерба, нанесенного домам и прилегающей земле из-за сажи и огненных углей паровоза; а поскольку большая часть поездок совершалась не на большие расстояния, новой линией пользовались немногие.
Исследование 2018 года показало, что открытие пекинского метрополитена привело к снижению «концентрации большинства загрязнителей воздуха (PM2,5, PM10, SO2, NO2 и CO), но мало повлияло на загрязнение озоном».
Европейские экономисты по вопросам развития утверждают, что существование современной железнодорожной инфраструктуры является важным показателем экономического развития страны: эта перспектива иллюстрируется, в частности, индексом базовой инфраструктуры железнодорожного транспорта (известным как индекс BRTI).
В 2010 году ежегодные расходы на железнодорожный транспорт в Китае составили 840 миллиардов йен (173 миллиарда долларов США в 2019 году), а с 2014 по 2017 год Китай поставил годовую цель в 800 миллиардов йен (164 миллиарда долларов США в 2019 году) и планировал потратить 3,5 триллиона йен (30 долларов США). трлн в 2019 году) за 2016–2020 годы.
Индийские железные дороги субсидируются примерно на 260 миллиардов фунтов стерлингов (5 миллиардов долларов США в 2019 году), из которых около 60% идет на пригородные железнодорожные перевозки и поездки на короткие расстояния.
Согласно Индексу эффективности европейских железных дорог 2017 года по интенсивности использования, качеству обслуживания и показателям безопасности, европейские национальные железнодорожные системы высшего уровня включают Швейцарию, Данию, Финляндию, Германию, Австрию, Швецию и Францию. Уровни эффективности показывают положительную корреляцию между общественными расходами и эффективностью конкретной железнодорожной системы, а также выявляют различия в стоимости, которую страны получают в обмен на свои государственные затраты. Дания, Финляндия, Франция, Германия, Нидерланды, Швеция и Швейцария демонстрируют относительно высокое соотношение цены и качества, в то время как Люксембург, Бельгия, Латвия, Словакия, Португалия, Румыния и Болгария демонстрируют более низкие показатели по сравнению со средним соотношением производительности и стоимости среди европейских стран. страны.
В 2016 году РЖД получили от государства 94,9 млрд рублей (около 1,4 млрд долларов США).
В 2015 году финансирование Amtrak со стороны федерального правительства США составило около 1,4 миллиарда долларов США. К 2018 году выделенное финансирование увеличилось примерно до 1,9 миллиарда долларов США.