火車的「連續制軔」與「鍊條制軔」-王弘明撰

(以下情節雖為虛構,但確有事實與其雷同。)

1867年北美的冬天,白雪靄靄鐵軌上,有列客貨混合列車,噴著灰濛濛的濃煙費力爬行著,剎車手(Brakemen)湯姆,把今天弄來的一小袋馬鈴薯,特意與貨車內其他物品隔得遠遠的,免得被苛刻的列車長,誤以為是託運的貨物,今晚全家老小就靠這一小袋馬鈴薯填飽肚子,或許等一下領到工資後,老約翰的肉舖若尚未關門,還能買到一些剩下的便宜貨,灌飽熱騰騰的馬鈴薯肉湯,孩子們應能在漫漫寒夜中睡個好覺。

突然從車頭方向,傳來三聲短促汽笛聲,這是司機要剎車的訊號,湯姆趕快爬上車頂,轉動控制輪讓剎車塊抵緊車輪,然後往前一節車廂奔去,他要負責三節車廂的剎車,不料在躍過車廂時,用來避免手被冰冷控制輪黏住的布巾脫手而去,湯姆猶疑是否要徒手轉動剎車控制輪,他知道一碰上去,不扯破皮膚是無法脫手的,然而因為他這一猶疑,列車因各節車廂剎車力不平均脫軌了,瞬間的撞擊力讓湯姆往外飛出,霎那間,湯姆知道他的孩子們今晚得餓肚子了

以前火車僅機關車有蒸汽剎車系統,各節車廂的剎車依賴人工操作。剎車手須頂著風雪日曬,在車廂上跳來跳去,簡直是玩命的工作。

圖片來源:https://en.wikipedia.org/wiki/Brakeman

圖取自: https://en.wikipedia.org/wiki/File:900801-peckwell-apicnic.jpg

在前一站等候列車的旅客,也因火車脫軌的延誤不耐煩,其中有一位特別心急,因為他急著到波士頓攔阻特斯拉別回瑞典,由於愛迪生未履行承諾支付獎金,電力天才特斯拉憤而辭職,喬治.威斯汀豪斯(George Westinghouse,其另一個譯名「西屋」更為熟悉)因為要與愛迪生分庭抗禮,爭奪新興的電力供應市場,愛迪生主張直流供電系統,特斯拉則認為交流系統更佳,愛迪生已經取得數州的電網合約,若能爭取到特斯拉,就有希望與愛迪生一拚高下。(請參考電影The Current War,台灣譯為「電流大戰」。)

下圖:電流大戰海報/維基百科

久等不到火車的西屋(使用這個較有名的譯名,也紀念我購買的首台洗衣機是西屋滾筒式),氣沖沖的找站長質問,大鬍子站長覺得這位紳士太咄咄逼人了,禮貌但不耐地回答:「火車脫軌是常有之事,請耐心等候!」凡事追根究柢的西屋,不依不饒要站長解釋,為何火車脫軌是「正常」現象?

當他知道原因竟是人工剎車方式,當下覺得不可思議,喜好研究及解決問題的基因,促使他關注此議題。很快的,隔年(1868年)他發明了火車的直通氣軔系統(Straight Air Brake)。

下圖:西屋發明的直通氣軔系統/ CASO Station

西屋向紐約中央鐵路和伊利鐵路公司推銷他煞車系統,但兩家公司都沒有興趣。直到1869年,他說服潘漢德鐵路公司(Panhandled Railroad)的總監,允許他在俄亥俄州斯託本維爾的長途列車上使用。當火車駛出匹茲堡的格蘭特山時,司機抬頭看到軌道上停著一輛小販的貨車,連忙猛拉煞車閥,火車在距離貨車10英尺的地方停了下來。這是鐵路史上第一次沒有發生脫軌、擠撞的緊急煞車。

直通氣軔式的剎車系統,是由機關車的總風缸,透過管路把壓縮空氣送到各節車廂剎車,若與機關車分離,車廂就無法剎車,於是西屋在1872年改良他的發明。在每一節車廂,設置一套包含輔助風缸、三通閥、軔缸的系統,即使與機關車分離,輔助風缸的壓縮空氣仍能剎車,這套稱為自動氣軔(Automatic Air Brake)的系統,自此成為軌道列車的標準配備,雖然因科技日益更新而有不同的改良方式,或是不同的剎車系統,但萬變不離其宗,核心原理仍是一樣。

下圖:George Westinghouse Jr. 實業家、發明家、工業家、西屋電器創始人,今日火車得以安全行駛,全拜他所賜。/維基百科

接下來才是本文要討論的重點了,請注意上一段文字,西屋為避免車廂分離後無法剎車,所以在每一節增設一套制軔設備,包含一個儲存壓縮空氣的輔助風缸,一個三通閥、軔缸及搭配的管線,這套設備的費用並不便宜,所以先進所想知道的:在鹿麻產一帶,阿里山鐵路代為拖運的裝載甘蔗列車,裝有剎車設備嗎?

來幫糖鐵算一下帳,由代運合約書,我們知道每列運糖列車是由11節五噸甘蔗車及一節守車所組成,每兩日有三列車,也就是一組有33輛甘蔗車。甘蔗車須分散預置在灣橋到竹崎各站,農民以牛車運來甘蔗,轉裝於火車上,阿里山林鐵的機關車,將這些甘蔗車拖運到盧厝,南靖糖廠的十七號停車場,再由糖廠機關車接手運回南靖,因此至少也得有幾組空車調配,就以最低估算兩組好了,總共需要66輛甘蔗車,南靖糖廠總共有十多個原料區,有些原料區規模遠大於鹿麻產,因此所需之甘蔗車數量,縱無上千輛也相去不遠,如果每一輛甘蔗車,都要如阿里山的運材車,配備有整套的剎車設備,這筆費用相當可觀,載運甘蔗都在平地,且重量與原木相差甚多,所以當時的甘蔗車都沒有配備剎車裝置,這還讓當時的北門站站長很不高興,因為無剎車的車台,讓已習慣每節都可剎車的林鐵無法適應,在作業時狀況連連。

下圖:民國46年阿里山林鐵代運南靖糖廠甘蔗的運輸計畫/林業及自然保育署嘉義分署

鹿麻產車站除了是沿山地區貨物吞吐站,也是糖業的重要運輸站,先進投入不少精神與時間鑽研,除了運糖列車外,他也找了好多資料,其中有不少是外文,其中所謂Continuous  braking及Chain braking也令他疑惑?因照字面翻譯是「連續制軔系統」及「鍊條制軔系統」,他不解制軔的「連續」如何詮釋?「鍊條」如何剎車?

所謂「連續制軔系統」並非如先進所猜測,是指維持剎車的時間長短,continuous除有連續的意義外,另一個字義是「不中斷」,用在火車的剎車系統上,是描述整列火車的制軔沒有中斷,意即當前面機關車的司機,扳動剎車閥時,整列火車每節車廂的剎車系統同時動作,沒有中斷,也就是西屋所發明的自動氣軔系統所欲達到的效果。

至於「鍊條制軔系統」,是以鏈條帶動各節車廂的剎車裝置,其作用好像骨牌反應,依序如鍊條組合般反應。在阿里山以外的林場,也有類似的方式,只是不用鍊條,而是用槓桿。有鑑於阿里山豪華設備須投入高額資本,各林場載運木材的台車(與手押台車不同),多數只是以木材製作的簡陋台車,裝載極重的木材時,無剎車很容易出狀況,因此就以稱為Monocock car 的自動制軔系統加以改善,如下圖所示。當前方的車輛停止時,後方車輛往前擠,使牽引器上端往左,下端往右方(以下圖的方向),因而觸動槓桿讓制動片抵緊車輪而剎車。

下圖:利用連結器帶動槓桿,台車會依序產生剎車效果,制動片通常是以紅檜製作。/近藤勇 1960 臺灣之伐木工程 臺灣銀行經濟研究室

另外先進在林業及自然保育署的臉書上,看到送至英國的DL-34,剎車系統更改為「真空制軔」,真空制軔方式與空氣制軔都是利用空氣壓力差控制剎車系統,只是一為虛,另一為實。真空制軔是較為老式的剎車系統,英國威爾普蘭菲爾鐵路,是一條具有悠久歷史的鐵路,其剎車系統仍使用老式的真空制軔,以維持傳統,所以阿里山的DL-34,入境隨俗也將剎車系統改為真空制軔。

下圖:林業及自然保育署臉書,敘述DL-34在英國改成「真空制軔」。



作者簡介:

王弘明老師是農業部林業及自然保育署嘉義分署以及阿里山林鐵文資處資深志工,學識飽滿,文武全才,對阿里山林業及鐵路文史尤有涉獵,是一部活字典。而過往一些謬誤說法或資料解讀,在他深入探討後常有進一步的更正,對幫助阿里山與林鐵解說內容正確性的提升,貢獻良多。

他經常在 Line 群組中提供阿里山林業及林鐵的史實再發現或更正,或是提供導覽解說的正確素材,為了讓更多旅行業領團人員(帶國旅團)或導遊(帶外國旅客團),以及相關解說員不再以訛傳訛,感謝他慨允,讓我可以擷取他的文章放在 賴鵬智的野 FUN 特區 部落格「王弘明阿里山亂彈」專欄裡,分享知識。


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1 則留言

  1. 這篇文章真是太有趣了!西屋先生為了火車安全真是傾盡心力,發明了自動氣軔,連輔助風缸都設計得絕對可靠。不過,先進先生對阿里山運糖列車沒配剎車的麻煩,倒是讓我忍俊不禁,感覺就像是不小心買了沒煞車的共享单车。連續制軔與鍊條制軔的解释也解開了我的疑惑,原來continuous不只是連續,還是不中斷,真是英明的發明!不過,若真要論究哪個系統最有趣,我猜真空制軔應該榜上有名,至少還有點古色古香,適合英國那樣追求傳統的鐵路。總之,讀完這篇,我對火車的認識又進步了,感謝王弘明老師的精彩分享!Grow a Garden Calculator pet

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