Science >> Wetenschap & Ontdekkingen > >> Overig

Hoe treinen werken:geschiedenis, technologie en de toekomst van het spoorvervoer

Hoe treinen werken

Treinen zijn een complex systeem van locomotieven, auto's, sporen, wissels, seinen en besturingsapparatuur die mensen en vracht over de hele wereld vervoeren. Van de eerste stoommachines in de 18e eeuw tot de huidige hogesnelheidsmaglevs:de spoorwegtechnologie is geëvolueerd om efficiënt, veilig en milieuvriendelijk transport te bieden.

De geschiedenis van treinen in de Verenigde Staten

De eerste houten rails verschenen rond 1550 in Duitsland, maar de echte doorbraak kwam met de Engelse stoomlocomotief uit 1797. De Stockton &Darlington Railway werd de eerste openbare lijn die passagiers en vracht vervoerde:zes kolenwagens en maximaal 450 passagiers in minder dan een uur over een afstand van 15 kilometer.

In de VS werd de Baltimore &Ohio Railroad in 1827 in gebruik genomen. In 1860 hadden Amerikaanse arbeiders meer dan 48.280 km spoor aangelegd, een cijfer dat destijds het wereldtotaal overtrof. Tijdens de burgeroorlog werden de spoorwegen een strategische levensader voor zowel de legers van de Unie als de Zuidelijke legers.

Na de oorlog eindigde de eerste transcontinentale lijn in 1869, wat leidde tot een snelle expansie naar het westen. Aan het begin van de 20e eeuw exploiteerden de Amerikaanse spoorwegen 254.000 mijl (408.773 km). Stoom maakte halverwege de eeuw plaats voor diesel, maar een daling volgde op de opkomst van snelwegen en federale regelgeving. Tegenwoordig zouden diesel- en biodieseltreinen weer mainstream kunnen worden, te midden van de volatiliteit van de energieprijzen.

Locomotieven en treintechnologie

Moderne locomotieven zetten chemische energie om in kinetische beweging. Stoommachines domineerden een eeuw lang voordat dieselmotoren – vaak uitgerust met elektrische generatoren – het overnamen. Veel langeafstandstreinen gebruiken meerdere locomotieven voor de stroomverdeling.

Elektrische locomotieven halen stroom uit een derde spoor- of bovenleiding, met behulp van transformatoren en tractiemotoren. Ze komen veel voor op metro's en forensenrails.

De bediening vindt plaats via gaspedaal (snelheid), achteruitversnelling en remmen. Luchtremmen – lucht onder hoge druk die op de remblokken inwerkt – vormen het primaire systeem, met mechanische handremmen als veiligheidsback-up. Koppelingen verbinden auto's met elkaar, en in het onderstel van elke auto zijn de wielen en de ophanging ondergebracht.

Typische auto's zijn onder meer gesloten goederenwagens, ertswagens, tankwagens, platte wagens, aanhangwagens, containerwagens en personenwagens, waarvan sommige met panoramische ramen of slaapcompartimenten.

Volg infrastructuur

Sporen bestaan uit twee parallelle stalen rails die op een vaste spoorbreedte zijn geplaatst. De standaardmaat is 4ft8½in (1.435 mm). Rails worden vastgemaakt aan dwarsliggers (dwarsliggers) van hout of beton, die rusten op ballast:losse stenen die het gewicht verdelen.

Moderne rails zijn meestal gelast voor een soepele rit, hoewel sommige secties lasplaten gebruiken. Sporen kunnen recht, gebogen of hellend zijn om reizen met hoge snelheid te vergemakkelijken. Schakelaars verplaatsen auto's tussen de sporen, en signaleringssystemen (zowel visueel als elektronisch) beheren het verkeer zoals verkeerslichten op wegen.

Goederenrailsystemen

De Amerikaanse goederenspoorwegen zijn de grootste ter wereld qua volume, omzet en kilometerstand. ClassI-spoorwegen, zes grote transporteurs, vervoeren ruim 67% van het nationale vrachtvervoer over 5.150 tot 51.499 km spoor.

Vrachtcategorieën:steenkool (44% tonnage, 21% omzet), chemicaliën, landbouwproducten, niet-metaalhoudende mineralen en gemengde zendingen. In 2007 verplaatsten de ClassI-spoorwegen 1,9 miljard ton (1,7 miljard metrische ton) en verdienden ze ongeveer $53 miljard, waarbij ze 1,7 biljoen tonmijlen aflegden.

Spoorwegen bezitten sporen, maar de meeste goederenwagons zijn eigendom van verladers of leasemaatschappijen. In de VS is de industrie in privébezit zonder overheidssubsidies, terwijl veel Europese spoorwegen staatseigendom zijn en zich primair richten op passagiersvervoer.

Passagiersrailsystemen

Amtrak, opgericht in 1970, exploiteert 70% van zijn routes over goederensporen en bedient meer dan 500 bestemmingen in 46 staten. In 2007 vervoerde het 25,8 miljoen passagiers, maar had het een tekort van $1 miljard.

Het Europese netwerk is grotendeels in handen van de overheid en biedt hogesnelheidsdiensten die concurreren met luchtvaartmaatschappijen. Belangrijke diensten zijn onder meer de Eurostar (VK-Frankrijk-België), TGV (Frankrijk) en de Orient Express-lijn.

Er bestaan nog andere grote passagiersnetwerken in Rusland, China, Japan, Korea en Australië, hoewel de meeste continentale verbindingen nog steeds beperkt zijn.

De toekomst van het treinvervoer

De toekomst van het spoor hangt af van de brandstofprijzen, het overheidsbeleid en de publieke vraag naar snel en voordelig reizen. Het hogesnelheidsspoor, waarvoor speciale lijnen nodig zijn, zou aan populariteit kunnen winnen naarmate de oliekosten stijgen. Maglev-treinen beloven nog hogere snelheden, maar hebben te maken met hoge bouw- en onderhoudskosten.

Investeringen in infrastructuur, zowel publiek als privaat, zullen cruciaal zijn om de dekking uit te breiden, de snelheden te verbeteren en nieuwe technologieën te integreren.