Jak powstawała kolej żelazna

Jak powstawała kolej żelazna - rys historyczny

Dzisiaj jest środa, 24 kwietnia 2024 r. (115 dzień roku) ; imieniny: Bony, Horacji, Jerzego

serwis

wydarzenia

informacje

skarby Ziemi Proszowskiej

tv.24ikp.pl

W.Nowiński - wrześniowe...

Magda K.-G. - prawo dla...

serwis IKP / działy autorskie / zachwyćmy się... (A.Powidzki) / Jak powstawała kolej żelazna - rys historyczny

O G Ł O S Z E N I A

godzinowa 45 dni

Kursy walut
NBP	2023-01-24
USD	4,3341	+0,23%
EUR	4,7073	-0,24%
CHF	4,7014	-0,22%
GBP	5,3443	-0,38%
Wspierane przez Money.pl

Jak powstawała kolej żelazna - rys historyczny

James Watt, ur. 19.01.1736 r., zm. 19.08.1819 r., uważany za wynalazcę stacjonarnej maszyny parowej, w 1763 r. udoskonalił atmosferyczny silnik parowy zbudowany przez Thomasa Newcomena - tot. James Watt pędzla Henry Howarda malowany ok. 1797 r.
(fot. pl.wikipedia.org)

Proszowice, 17-12-2019

Powstanie kolei nie było by możliwe bez trzech wynalazków: koła, szyn i maszyny parowej. Już 1000 lat p.n.e. ludzie zaczęli transportować towary wykorzystując pnie drzew, wkrótce zastąpionych rolkami i walcami. Prawie jednocześnie starożytni Grecy, Rzymianie, Egipcjanie i Chińczycy odkryli, że ruchome ale centralnie zamocowane koło, umożliwia wygodne przemieszczanie ładunków na znaczne odległości powozami. Wkrótce w Babilonii pojawiły się kamienne szyny, które w znacznym stopniu ułatwiły manewrowanie powozami. Rzymianie i Grecy zmodyfikowali wynalazek Babilończyków, wykuwali rowki dla kół w kamiennych płytach służących za budulec ich dróg. W następnych wiekach szyny zeszły pod ziemię znajdując zastosowanie w kopalniach, ułatwiając transport wagoników z urobkiem. W drugiej połowie XVIII wieku pojawiły się po raz pierwszy szyny z żelaza i stali.

Powstawania wczesnej kolei

Maszyna parowa

Zwycięski marsz techniki stał się możliwy dzięki dokonaniom trzech uczonych: Izaaka Newtona - angielskiego fizyka, matematyka, astronoma, filozofa i historyka (żył w latach 1643-1727) oraz inżynierów: Thomasa Newcomena - angielskiego wynalazcy (żył w latach 1664-1729) i Jamesa Watta - szkockiego wynalazcy. Newton stworzył podstawy mechaniki formując prawa ruchu, tzw. zasady dynamiki Newtona. Newcomen zbudował i opatentował pierwszą maszynę parową. Watt poddał ją modernizacji, a wkrótce opatentował własną, nadającej kształt i właściwości dające jej możliwość napędzania nie tylko pojazdów. Dzięki temu zapoczątkowano rewolucję przemysłową.

Pojazd "Catch-me-who-can" (łapcie mnie, kto potrafi)

Decydującego przełomu w technice transportowej, połączenia pojazdu, szyn i silnika parowego dokonał angielski inżynier Richard Trevithick - angielski wynalazca (żył w latach 1771-1833). Już w 1801 roku skonstruował pierwszy parowy silnik wysokoprężny, który zamontował w samobieżnym powozie parowym. Tak powstał pierwszy pojazd uznawany za pierwszą lokomotywę parową na świecie. 21 lutego 1804 roku parowóz R. Trevithick przeciągnął na trasie długości około 15 km pociąg z ładunkiem 10 ton żelaza z średnią prędkością dochodzącą do 8 km/h. Pomimo udanego pokazu nie wzbudził swoim wynalazkiem entuzjazmu jego adresatów - zarządu zakładów hutniczych Merthyr Tydfil. Było to pierwsze połączenie parowozu z torem - uznawane za techniczne narodziny kolei. Owa kolejka funkcjonowała na tej trasie przez krótki czas.

pierwowzór lokomotywy parowej skonstruowanej przez R. Trevithicka, Science Museum The British Railway Locomotive H.M.S.O.
(fot. pl.wikipedia.org)

"Nowy Zamek", zbudowany przez R. Trevithicka w 1803 r., pierwsza lokomotywa rzeczywiście pracująca. CSX Transportation. Inc.
(fot. britannica.com)

Ostatnią próbę zainteresowania opinii publicznej, jakie stwarza połączenie parowozu z torem podjął R. Trevithick w 1808 roku, puszczając po zamkniętym obwodzie toru w Londynie (specjalnie wybudowanej arenie) lokomotywę o prowokacyjnej nazwie "Catch-me-who-can" (łapcie mnie, kto potrafi) ciągnącą wagoniki, którymi można było się przejechać za szylinga. Zainteresowanie było jednak tak małe, że wpływy nie pokryły kosztów ułożenia toru.

"Cyrk Trevithicka" - arena na której kursowała lokomotywa "łapcie mnie, kto potrafi", ilustracja z 1808 r.
(fot. de.wikipedia.org)

Pomimo sytuacji sprzyjającej powstawaniu kolei, Trevithick bezskutecznie zabiegał w parlamencie angielskim o nagrodę pieniężną za swe wynalazki i zasługi na tym polu. Zmarł 22 kwietnia 1833 roku w Dartford (w hrabstwie Kent), w biedzie, pozostawiając niespłacony dług w wysokości 60. funtów sterlingów. Koszt jego pogrzebu pokryto ze składki publicznej okolicznych mieszkańców.

Żelazne koleje konne

Ograniczone zaufanie do pierwszych pojazdów szynowych napędzanych siłą pary (obawiano się m.in., że tarcie kół o szyny uniemożliwi przewóz towarów o dużej masie) powodowały dalszy rozwój żelaznych kolei konnych. Początkowo służyły one włącznie do transportu węgla z kopalń do portów rzecznych, skąd na barkach były transportowane dalej do odbiorców. W 1801 roku brytyjski parlament wprowadził ustawy umożliwiające transport tą drogą także ludzi. Wynalazek szybko rozprzestrzenił się po kontynencie europejskim. Pierwsze osobowe połączenie żelaznej kolei konnej powstało na terenie państwa Habsburgów łącząc czeskie Budziejowice z Linzem. Następnie zostało rozbudowane o trasy do Pragi, Trnawy i Bratysławy. W 1828 roku pierwsza taka linia powstaje we Francji, a od 1808 roku w Stanach Zjednoczonych w Bostonie wykorzystywane są tramwaje konne.

Middleton Railway (linia kolejowa Middelton)

Rewolucja przemysłowa nabrała rozmachu. Coraz więcej zakładów wchodziło na ścieżkę postępu i decydowało się na napęd parowy. Przemysł zaczął konsumować coraz większą ilość węgla. Stare, oparte na sile koni, środki transportu nie były w stanie zaspokoić rosnącego popytu. Dodatkowo, trwające wojny napoleońskie oparte w ogromnej mierze na sile kawalerii, spowodowały drastyczny wzrost cen paszy. Więc powrócono do pomysłu i koncepcji Richarda Trevithicka. Podstawowy problem wciąż stanowiło tarcie kół o szyny. Próbą odpowiedzi na ten problem była tzw. kolej zębata według projektu inżyniera Johna Blenkinsopa - angielskiego wynalazcy, projektanta pierwszej praktycznie odnoszącej sukces lokomotywy (żył w latach 1783-1831). Pomysł opierał się na montażu dodatkowych kół zębatych w lokomotywie i dodatkowej szyny zębatej, dzięki której redukowano tarcie (poślizg kół). Pierwszy pojazd tego systemu zastosowano przy transporcie węgla z kopalni w Middleton Colliery (niedaleko Leeds, Wielka Brytania).

lokomotywa parowa "Salamanka" J. Blenkinsopa napędzana przez koła zębate, zbudowana w 1812 r. dla kolei znanej obecnie pod nazwą Middleton Railway - ilustracja z The Mechanics Magazine 1829 - autor nieznany
(fot. commons.wikimedia.org)

W 1812 roku kolej Middleton stała się pierwszą koleją komercyjną, która regularnie korzystała z lokomotyw parowych w pociągach towarowych. Natomiast "Salamanka" była pierwszą komercyjną lokomotywą parową, która z powodzeniem była eksploatowana w kolejowym transporcie towarowym wraz z trzema innymi lokomotywami parowymi (Prince Regent, Wellington i Markiz Wellesley) na pierwszej linii kolei parowej na świecie.

lokomotywa "Salamanka" J. Blenkinsopa, Middleton - Leeds tramwaj węglowy - 1812 r.
(fot. britannica.com)

     Od samego początku brytyjski inżynier George Stephenson (żył w latach 1781-1848) usiłował nakłonić właścicieli linii do otwarcia jej także dla ruchu osobowego. Jednak nie było to możliwe i po za dniem otwarcia, kiedy to część wagonów przystosowano do przewozu pasażerów, lokomotywy prowadziły wyłącznie wagony towarowe.

     Ważną przeszkodą stojącą na drodze rozwoju kolei w Wielkiej Brytanii było lobby właścicieli kanałów rzecznych i przedsiębiorstw żeglugowych. Słusznie przewidywali, że dalszy rozwój kolei spowoduje, że stanie się ona tańszym i efektywniejszą alternatywą dla transportu towarów. Rozpoczęta w mediach kampania miała zdyskredytować G. Stephensona, a cały projekt ukazać jako niebezpieczne i kosztowne oszustwa.

     Sukces G. Stephensona w projektowaniu kilku kolejnych lokomotyw, w tym wprowadzenie "uderzenia pary", za pomocą którego wydmuch był kierowany w górę komina, co zwiększało ciąg powietrza i lepszą sprawność lokomotyw, zwrócił uwagę projektantów linii kolejowej łączącej port Stockton z zagłębiem węglowym Darlington. Podczas gdy trwała jej budowa zdecydowano się na zastosowanie lokomotyw parowych i trakcji konnej. Budowę rozpoczęto 13 maja 1822 rok.

parowóz kolei Stockton & Darlington z 1825 r., konstrukcji G. Stephensona, ilustracja z Floryda Center for Instructional Technology. Konstruktorzy i przedsiębiorcy
(fot. wokulski.onet.pl)

     27 września 1825 roku otwarto linię kolejową łączącą Stockton z Darlington. Od początku była to pierwsza linia kolejowa, która działała jako wspólny przewoźnik, otwarty dla wszystkich spedytorów i upoważniała do przewozu zarówno pasażerów, jak i ładunku. Sukces linii Stockton-Darlington był bezdyskusyjny, ze względu na wykorzystanie przez G. Stephensona lokomotywy parowej.

     Do George Stephensona zgłosiła się spółka planująca otwarcie linii pomiędzy niezwykle ważnym portem morskim w Liverpoolu, a zagłębiem przemysłowym w Manchesterze. Celem projektu G. Stephensona było zapewnienie szerokiej obsługi pasażerów i poleganie wyłącznie na trakcji lokomotyw parowych. Przystąpiono do prac na niespotykaną dotąd skalę, na blisko 50 kilometrowej trasie zbudowano m.in. 61. mostów i wiadukty, usypano setki kilometrów nasypów, częściowo oczyszczono bagna, wymyślono i zaprojektowano maszyny i urządzenia do obsługi infrastruktury i taboru kolejowego z których wiele w swej zasadniczej formie stosowana jest do dziś.

     Pomimo spektakularnych osiągnięć inwestorzy wciąż nie byli przekonani do zastosowania parowozów do obsługi linii. Planowali montaż przeszło 20. stacjonarnych maszyn parowych, które systemem lin i bloków przemieszczały by tabor pomiędzy stacjami. Gregor Stephenson zaproponował rozegranie konkursu, który po pierwsze udowodnił by użyteczność lokomotyw parowych, a po drugie wyłonił by pojazd do obsługi linii.

Konkurs Rainhill Trials

Do konkursu w Rainhill w Anglii przystąpiło dziesięć załóg, ale ostatecznie w dniu 6 października 1829 roku wystartowały tylko cztery lokomotywy: Novolty (z ang. Nowość) - Johna Ericssona i Johna Braithwaitea; Perseverance (z ang. Wytrwałość) - zbudowana przez Timothyego Burstalla; Rocket (Rakieta) - skonstruowana przez Georgea i Roberta Stephensonów; Sans Pareil (z fr. Niezrównana) - zbudowana przez Timothyego Hackwortha.

lokomotywa parowa Novolty z 1829 roku, konstrukcji J. Ericssona i J. Braithwaitea, ilustracja z The Mechanics Magazine 1829
(fot. commons.wikimedia.org)

Lokomotywy, które zostały zakwalifikowane do konkursu, musiały przejść szereg testów oraz spełnić szczegółowo określone kryteria, między innymi takie jak: maksymalna wysokość 4,5 m, maksymalne ciśnienie pary w kotle 3,5 Mpa, masa nie mogła przekroczyć 6. ton, a minimalna prędkość miała wynosić 16 km/h.

lokomotywa parowa Perseverance z 1829 roku, konstrukcji T. Burstalla, ilustracja z The Mechanics Magazine 1829
(fot. commons.wikimedia.org)

Lokomotywą, która spełniła wszystkie warunki i jednocześnie ukończyła wyścig była lokomotywa Rocket. Wygrała próby ze względu na zwiększoną moc zapewnioną przez kocioł z wieloma rurami ogniowymi. Osiągała przeciętną 12 mil na godzinę ciągnąc 13 ton. Stephensonowie otrzymali kontrakt na produkcję lokomotyw dla trakcji kolejowej Liverpool - Manchester.

lokomotywa parowa Rocket z 1829 roku, konstrukcji G&R Stephensonów, ilustracja z The Mechanics Magazine 1829
(fot. commons.wikimedia.org)

Kolejową linię komunikacyjną Liverpool - Manchester, którą otwarto w 1830 roku można logicznie uznać za pierwszą w pełni rozwiniętą linię kolejową. Gregora Stephensona współcześnie uważa się za "ojca kolei parowych".

Rozwój kolei w Europie kontynentalnej i Rosji

     Podczas gdy w Wielkiej Brytanii produkcja lokomotyw przeżywa rozkwit, na kontynencie europejskim dopiero nabiera tempa. Pierwsze do wyścigu włączają się Niemcy. Już w 1814 roku władze ówczesnych Prus wysyłają do Leeds, na tajną misję wywiadowczą, inspektora hutniczego Johana Friedricha Krigara (żył w latach 1774-1852), by na miejscu przyjrzał się pojazdom szynowym z kopalni Middelton Coilery. Krigar po powrocie z misji w oparciu o doświadczenia Blenkinsopa, buduje pierwszą poza Anglią lokomotywę parową (zębatą) i rozpoczyna próby towarowe w Berlinie w 1816 roku oraz postuluje władzom centralnym Prus zastosowanie wynalazku do transportu węgla z zagłębia wałbrzyskiego do portu w Malczycach - rzeka Odra.

     Pod wrażeniem sukcesów żelaznej kolei konnej w Wielkiej Brytanii i Austro-Węgrzech, pomysł budowy własnej sieci pojawił się w Bawarii. Powstaje linia Norymberga-Furth, która w 1835 roku stanie się pierwsza linią niemieckich kolei żelaznych. W ciągu następnych kilku lat otwarte zostają linie, m.in.: Berlin-Poczdam (1838), Lipsk-Drezno (1839) czy Wrocław-Oława (1842). Pod koniec XIX wieku Niemcy posiadają najgęstszą sieć linii kolejowych o łącznej długości ponad 30000 km (1878).

     Wraz z dynamicznym rozwojem sieci połączeń kolejowych, władze ówczesnych niemieckich państw związkowych wspierają rozwój przemysłu lokomotywowego. Powstają firmy, które na całe dziesięciolecia będą wyznaczały kierunek rozwoju taboru kolejowego. Najważniejsze z nich to m.in. berliński BORSIG-WERKE produkujący lokomotywy parowe od 1841 roku (zakład założył w 1837 r. niemiecki fabrykant, zwolennik kolei Johann Friedrich August Borsig, żył w latach 1804-1854) czy monachijski J.A.MAFFEI AG zajmujący się budową parowozów od 1838 roku (zakład założył w 1836 r. Joseph Anton von Maffei). W gronie najważniejszych firm znajdują się również wrocławski zakład LINKE-HOFFMANN-WERKE (powstał w 1832 roku jako Zakład Budowy Maszyn - później kilkakrotnie zmieniał nazwę). Zakład od 1839 roku podejmuje produkcję wagonów (Zakład Budowy Wagonów Gottfreid Linke).

     W 1835 roku zainaugurowana zostaje pierwsza linia kolejowa Belgii, parowóz pojawia się na trasie Bruksela-Mechelen. W dwa lata później (1837) kolej dociera do Rosji. Uruchomiona zostaje linia z Petersburga do Carskiego Sioła, letniej rezydencji carów, około 25 km od Petersburga. W tym samym roku rozpoczęto budowę i uruchomiono pierwszą linię kolei parowej w Austrii (23.11.1837), był 13 km odcinek północnej kolei Kasier-Ferdinand-Nordbahn (KFNB). W 1839 roku powstają linie w Holandii (Amsterdam-Haarlem) i Włoszech (Neapol-Portici).

Ameryka podąża własną drogą

Gdy w 1835 roku inaugurowano pierwsze niemieckie połączenie kolejowe w Stanach Zjednoczonych już trwała kolejowa gorączka. Łączna długość połączeń kolejowych wynosiła 1500 km. W 1829 roku otwarto linię Baltimore-Ellicotts Mills. Wkrótce powstała najdłuższa linia kolejowa ówczesnego świata pomiędzy Bostonem (Massachusetts) a Greensboro (Georgia) o długości 1670 km. W 1840 roku trasy za oceanem liczyły ponad 4500 km. W tym samym czasie łączna długość linii kolejowych Europy z Rosją wynosiła niespełna 3000 km. Pierwsze amerykańskie lokomotywy zostały zaprojektowane przez Johna Stevensa (żył w latach 1749-1838) i Phineasa Davisa (żył w latach 1792-1853).

lokomotywa "John Bull", mityczny dżentelmen symbolizujący Anglię, zbudowana przez Roberta Stephensona. Pierwszy parowóz do obsługi linii kolejowej w New Jersey (Stany Zjednoczone), ilustracja
(fot. pl.wikipedia.org)

Jednak ojcem typowych amerykańskich lokomotyw, potężnych maszyn wyposażonych w charakterystyczny spychacz, tzw. cow-catcher (ang. łapacz bydła - konstrukcja chroniąca lokomotywę przed skutkami kolizji z dzikimi zwierzętami czy bydłem) był Isaac Dripps (żył w latach 1810-1892). W ciągu nieco ponad 10 lat, długość linii kolejowych zwiększyła się 10-krotnie i osiągnęła 49000 km. Następnym priorytetem, zarówno administracji jak i spółek kolejowych, stało się połączenie linią kolejową wschodniego i zachodniego wybrzeża Ameryki. 10 maja 1869 roku w miejscowości Promontory Point (Utah) spotkały się dwie linie kolejowe. Otwarcie transkontynentalnej, liczącej przeszło 3000 km linii kolejowej, przypieczętowano wbiciem złotego hufnala (gwóźdź mocujący szynę do podkładu).

Czas świetności lokomotywy parowej - Latający Szkot i Kaczka Krzyżówka

Wielu inżynierów, techników i wynalazców jeszcze w 1920 roku pracowało nad poprawieniem niezawodności i prędkości pierwszego modelu lokomotywy zbudowanej wg projektu George Stephensona. Konstruktorowi temu nigdy nie przeszło przez myśl, że 100 lat po premierze Rocket (Rakiety), inny angielski inżynier Herbert Nigel Gresley (żył w latach 1876-1941) zaprojektuje parowóz, który przekroczy prędkość 200 km/h.

Lokomotywą parową, która utorowała drogę do rekordu był parowóz klasa A3 o numerze 4472 (pierwotnie "Gresley Pacifics" klasa A1 nr 1472) Flying Scotsman (ang. Latający Szkot), zbudowany w 1923 roku według projektu Herberta Nigela Gresleya.

lokomotywa klasa A3 nr 4472 Flying Scotsman - Latający Szkot w Doncaster w 2003
(fot. pl.wikipedia.org)

Do lokomotywy należą dwa rekordy historyczne dla trakcji parowej - 1 maj 1928 roku Latający Szkot odbył pierwszą nieprzerwaną długą podróż z Londynu (Anglia) do Edynburga (Szkocja) około 392 mil, trasę pokonał w nieco powyżej osiem godzin. Natomiast 30 listopada 1934 roku, ponownie przeszedł do historii osiągając jako pierwszy parowóz prędkość 161 km/h (100 mil/h) dla trakcji parowej, podczas podróży między Leeds a Londynem, wykonując swoje normalne obowiązki i ostatecznie został uaktualniony do klas A3. W 1948 roku angielskie koleje zostały znacjonalizowane, aby stać się British Rail (główny przewoźnik kolejowy Wielkiej Brytanii do lat 90. XX w.), a lokomotywie Latający Szkot nadano nowy numer "60103" i kontynuowała ona służbę do 1963 roku, kiedy to została ostatecznie wycofana, pokonując około 2076000 mil (tj. ok. 3342360 km).

lokomotywa klasa A4 nr 4468 Mallard - Krzyżówka w National Railway Museum w Yorku
(fot. pl.wikipedia.org)

     Inna lokomotywa klasy A4 o numerze 4468 Mallard (ang. kaczka krzyżówka), również zbudowana według projektu Nigela Gersleya, w dniu 3 lipca 1938 roku ustanowiła niepobity, światowy rekord prędkości dla lokomotywy parowej osiągając prędkość 202,8 km/h. Rekord ten jednak nie był by możliwy gdyby nie zwiększono mocy lokomotywy, zgodnie ze wskazówkami i metodami opracowanymi przez francuskiego inżyniera Andre Chapelona.

     Chapelona (żył w latach 1892-1978), był jednym z niewielu inżynierów, którzy przy projektowaniu stosowali ścisłe metody naukowe i najnowocześniejsze narzędzia pomiarowe. Większość ówczesnych inżynierów projektowała metodą prób i błędów. Podstawową sprawą dla niego była sprawność lokomotyw, czyli zmniejszenie zużycia węgla i wody przy jednoczesnym zwiększeniu mocy. Był zwolennikiem silników sprzężonych z dwustopniowym rozprężaniem pary i wielką wagę przykładał do przepływu pary. Dzięki temu, że para rozprężała się i ochładzała w dłuższym cyklu potrafił zwiększyć sprawność lokomotyw nawet o 12%, co było wynikiem rewelacyjnym.

     W latach 1926-1936 wiele lokomotyw przebudowano lub projektowano zgodnie ze wskazówkami inżyniera Andre Chapelona. Jego idee i metody pracy miały wpływ na wielu konstruktorów parowozów, szczególnie na Herberta Nigela Gresleya.

     Technika stawała się coraz doskonalsza. Prędkość i wygląd stanowiły główne kryteria rozwoju. Odpowiedzią na światowy kryzys ekonomiczny stały się futurystyczne, dynamiczne kształty, które miały zapowiadać nową dynamiczną epokę. Zastosowanie otulin aerodynamicznych pozwalało ówczesnym lokomotywom na osiągnie coraz to lepszej sprawności.

     Do wyścigu stanęli również polscy konstruktorzy. W 1936 roku, w Pierwszej Fabryce Lokomotyw w Chrzanowie - FABLOK, zaprojektowano i zbudowano parowóz Pm36. Przeznaczony był do prowadzenia składów pospiesznych o masie do 300 ton z prędkością 120 km/h.

parowóz Pm 36-1 na torach Pierwszej Fabryki Lokomotyw w Chrzanowie, przed wyjazdem na Międzynarodową Wystawę Techniki i Sztuki w Paryżu
(fot. Kolejnictwo Przysposobienie Obronne 1937 nr 5)

W 1937 roku, na Międzynarodowej Wystawie Techniki i Sztuki w Paryżu wielki sukces odniosła sekcja polska, która w Pałacu Kolei Żelaznych zaprezentowała parowóz Pm36-1 w granatowej otulinie i opływowych kształtach. Na wystawie nazywano go "Piękną Polką" i przyznano Grand Prix dla fabryki lokomotyw z Chrzanowa.

opracowanie: Andrzej Powidzki