山东小麦兜
詹天佑原籍江西婺源县，出生于广东南海县，也是中国最早的一位杰出的爱国工程师、铁路工程专家。1872年(同治十一年)，年仅12岁的詹天佑到香港报考了清政府筹办的“幼童出洋预习班”，留学于美国。 在美国，出洋预习班的同学们，亲眼目睹北美西欧科学技术的巨大成就，对机器、火车、轮船及电讯制造业的迅速发展赞叹不已。有的同学由此对中国的前途而产生悲观情绪，但詹天佑却怀着坚定的信念说：“今后，中国也要有火车、轮船。” 他带着为祖国富强而发奋学习的信念，刻苦学习，于1877年以优异的成绩毕业于纽海文中学业。同年五月考入耶鲁大学土木工程系，专攻铁路工程。在大学的四年中，詹天佑刻苦学习，以突出成绩在毕业考试中名列第一。詹天佑在美国先后就学于威哈吩小学，弩哈吩中学。1878年以优异的成绩完成中学的课程，考取美国著名理工大学伍斯特理工之后有相继考取耶鲁大学土木工程系学习铁道工程学。 1881年又以优异成绩毕业于美国耶鲁大学，并撰写题为《码头起重机的研究》的毕业论文，获学士学位，并于同年回国。回国后詹天佑入马尾船政学堂学习，学成后派往福建水师旗舰“扬威”号任炮手，参加了马尾海战。 战后被调入黄埔水师学堂任教习，然而当时的中国，由于封建顽固派极力反对修造铁路，以致英雄无用武之地，被迫改学驾驶海船，耽误了七八年。 1887年，“中国铁路公司”在天津成立。第二年，经留美同学邝孙谋推荐，才得以干他精通的铁路工程工作，成为中国第一名铁路工程师。开始负责修筑塘沽到天津的铁路，仅用70多天就完成铺轨工程。后又参加修筑天津至山海关的铁路，需要在滦河修一座铁桥，面对英、日、德工程人员建造这座铁桥的相继失败，他毅然挺身承担造桥任务，最后出色地完成了全部工程。 詹天佑这一生最大贡献，就是在于他成功地修筑了京张铁路。 1905年，他担任京张(北京——张家口）铁路总工程师。这条路穿过八达岭，全长200多公里，工程之艰巨为他处所未有。 他亲自勘察，选定路线；在北京青龙桥东沟，采用人字形轨道，用两台大马力机车调头互相推挽的办法，解决坡度大机车牵引力不足的问题，又与工人一起，采取各种措施，解决隧道工程中渗水、塌方等困难，用两端凿进法开凿居庸关。京张铁路于1909年竣工，比原计划提前两年，总费用只有外国承包商索价的五分之一。 京张铁路建成典礼后受聘川汉、汉粤铁路会办或总理兼总工程师。辛亥革命后，任汉粤川铁路会办兼总工程师、督办等，克服种种困难，修建了从武昌至长沙，总长365千米的铁路。 晚年编写出版《京张铁路工程纪要》、《京张铁路标准图》等工程技术书籍，以及詹天佑半身照《华英工程词汇》这部我国最早的土木工程辞典。1919年不幸逝世。 中华工程师学会为该会第一任会长詹天佑在青龙桥车站建了一座铜像，永远纪念这位杰出的爱国铁路工程师；他还被称为“中国铁路第一人”。修建京张铁路 张家口为北京通往内蒙古的要冲，南北旅商来往之孔道，向来为兵家所必争，因此京张铁路就有着重要的经济价值和政治价值。当清廷要修京张路的消息传出后，在华势力最大的英国志在必得，视长城以北为其势力范围的沙俄誓不相让，双方争持不下，最后达成协议：如果清廷不借外债，不用洋匠，全由中国人自修此路，双方可都不伸手。这样，清政府就打消了求救于洋人的念头而一心自修了。 1905年5月，京张铁路总局和工程局成立，以陈昭常为总办，詹天佑为会办兼总工程师，1906年詹天佑又升为总办兼总工程师。詹天佑清楚地知道这一任务的艰巨性，他首先必须顶住来自各方面的冷嘲热讽：有人说他是“自不量力”，“不过花几个钱罢了”，甚至说他是“胆大妄为”。他给他的美国老师诺索朴夫人的信中就这样说：“如果京张工程失败的话，不但是我的不幸，中国工程师的不幸，同时带给中国很大损失。在我接受这一任务前后，许多外国人露骨地宣称中国工程师不能担当京张线的石方和山洞的艰巨工程，但是詹天佑坚持中国人自己修建。这充分体现了中国知识分子的爱国心和民族责任心。 詹天佑勘测了三条路线，第二条绕道过远为不可取。第三条就是今天的丰沙线。由于清廷拨款有限，时间紧迫，詹天佑决定采用第一条路线，即从丰台北上西直门、沙河、经南口、居庸关、八达岭、怀来、鸡鸣驿、宣化到张家口，全长360华里。全线的难关在关沟，这一带叠峦重嶂，悬殊峭壁，工程之难在当时为全国所没有，世界所罕见；坡度极大，南口和八达岭的高度相差180丈。詹天佑把全线分为三段：丰台到南口为第一段，南口到康庄为第二段，余为第三段。京张铁路建成典礼1905年8月，京张铁路正式开工，紧张的勘探、选线工作开始了。詹天佑亲自带着学生和工人，背着标杆，经纬仪，日夜奔波在崎岖的山岭上。一天傍晚，猛烈的西北风卷着沙石在八达岭一带呼啸怒吼，刮得人睁不开眼睛，测量队急着结束工作，填个测得的数字，就从岩壁上爬下来。詹天佑接过本子，一边翻看填写的数字，一边疑惑地问：“数据准确吗？”“差不多”测量队员回答说。詹天佑严肃地说：“我们的工作首先要精密，不能有一点儿马虎，‘大概’‘差不多’这类说法不该出自工程人员之口。”接着，他背起仪器，冒着风沙，又吃力地攀到岩壁上，认真地重新勘测了一遍，修正了一个误差。当他下来时，嘴唇都冻青了。 不久，勘探和施工进入最困难的阶段。在八达岭、青龙桥一带，山峦重叠，陡壁悬岩，要开四条隧道，其中最长的达一千一百多米，是居庸关的三倍长。詹天佑经过精确测量计算，决定采取分段施工法：从山的南北两端同时对凿，并在山的中段开一口大井，然后再在康庄附近开一口直井，在井中再向南北两端对凿。一共有作6个工作面。这样既保证了施工质量，又加快了工程进度。凿洞时，大量的石块全靠人工一锹锹地挖，涌出的泉水要一担担地挑出来，身为总工程师的詹天佑毫无架子，与工人同挖石，同挑水，一身污泥一脸汗。他还鼓舞大家说：“京张铁路是我们用自己的人、自己的钱修建的第一条铁路，全世界的眼睛都在望着我们，必须成功！”“无论成功或失败，决不是我们自己的成功和失败，而是我们国家的成功和失败！” 詹天佑为了缩短工期，想出了“竖井开凿法”，为了火车上山，创造了“人”字形线路，这些方法都在现在起到了非常大的作用。 京张铁路“人字形”路线1905年9月4日正式开工，12月12日开始铺轨。就在铺轨的第一天，一列工程车的一个车钩链子折断，造成脱轨事故。这一下成了中国人不能自修铁路的证据，各种诽谤中伤纷至沓来。但詹天佑没有惊慌失措，反倒冷静地想到：此路坡度极大，每节车厢之间的连接性能稍有不固，事故就难避免。为此，他使用了自动挂钩法，终于解决了这个问题。 1906年9月30日第一段工程全部通车，第二段工程同时开始。难关就在第二段，首先必须打通居庸关、五桂头、石佛寺、八达岭四条隧道，最长的八达岭隧道1，092公尺。这不仅要有精确的计算和正确的指挥，还要有新式的开山机、通风机和抽水机。前者对詹天佑都不成问题，而后者当时中国全都没有，只在靠工人的双手，其困难程度可以想见。但他们用竖井开凿法，同时向两侧开凿，外面两侧也同时施工。硬是克服了重重困难，终于在1908年9月完成了第二段工程。 第三段工程的难度仅次于关沟，首先遇到的是怀来大桥，这是京张路上最长的一座桥，它由七根一百英尺长的钢梁架设而成。由于詹天佑正确地指挥，及时建成。 1909年4月2日火车通到下花园。下花园到鸡鸣驿矿区岔道一段虽不长，工程极难。右临羊河，左傍石山，山上要开一条六丈深的通道，山下要垫高七华里长的河床。詹天佑即以山上开道之石来垫山下河床。为防山洪冲击路基，又用水泥砖加以保护，胜利完成了第三段工段。 对于工程上的困难，詹天佑从未放在眼里，对于人为的障碍却使詹天佑忧愤至极。清河有个叫广宅的人，是前任道员，皇室载泽的亲戚，朝野均有势力。铁路恰经其坟地，他即率众闹事，阻止工程，私下又许以重贿，要求改道。邮传部竟不敢过问。这里北面是郑王坟，南面是宦官坟，西面是那拉氏 父亲桂公坟，要大改道不知要浪费多少时间和经费。 詹天佑以受贿为可耻，绝不改道，竟以去留相力争。最后因五大臣出洋被炸，载泽吓得不敢与闻外事，广宅才因失去靠山而同意经其坟墙以外通过。 京张铁路建成典礼此路原订六年完成，詹天佑终于提前两年于1909年8月11日全线通车了，还节余二十八万两银子。京张铁路的胜利完成，是中国人民的胜利，也是中国爱国知识分子爱国精神的充分体现。 帝国主义无时不想夺取此路，工程一开始，日本人雨宫敬次郎就上书袁世凯说：中国人无力修成此路，不如聘请日本技师较为稳妥。英国人金达也来替日本说项。詹天佑以此路决不任用任何一个外国人为由断然拒绝。居庸关遂道工程开始后，三五成群的外国人，以打猎为名常来窥探，他们希望工程失败以便乘人之危。詹天佑以出色的成绩为中国人出了这口气。 京张路完成之后，詹天佑应广东商办粤汉铁路总公司的聘请，于1910年任该公司总理，又于1912年5月兼任汉粤川铁路会办。 
铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后，在节能降耗方面会产生显著的经济效益。关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗 众所周知，铁路运输是基于轮轨相互作用产生的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的，轮轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源很多，耗资也很大。随着铁路运输向高速、重载发展，因摩擦磨损所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各种损伤，不但缩短了轮轨的使用寿命，在严重磨损后还会导致轮对和钢轨失效，危及行车安全。在这方面，即使在高速铁路成功应用的国家，也曾付出过惨重代价。例如:1998年，由于轮轴的疲劳断裂而导致德国ICE高速列车脱轨，造成101人死亡，84人重伤，直接经济损失约2亿马克。与此同时，合理利用资源，实行节能降耗，是我国的一项基本战略决策。为了节约能源，降低铁路运输成本和机车车辆的制造与修理费用，对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况，需引起高度的重视。应当采取相应的技术措施，努力将这种磨损造成的损失降低到最小程度，以达到降耗增效的目的。1 铁路钢轨的磨耗据铁路工务部门统计，我国铁路有20%~30%的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标，有60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨损带来的损失很大。1 钢轨损伤的形态铁路轮轨作用关系复杂，钢轨磨耗损伤的形态主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等，这些占钢轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重载与高速化，轮轨间的摩擦磨损也日趋严重，如钢轨的压溃与波磨迅速增长，且发生较为普遍(参见图1)。2 钢轨的年消耗量据资料记载:“十五”期间，我国铁路钢轨用材每年基本维持在110万t左右，除新线建设之外，其中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~80万t/年。据铁道部安检司调查，2003年因钢轨损伤而更换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中，因钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤，占钢轨总损伤量的80%以上，即40亿元左右。2 机车车辆车轮的磨损车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列车运行中，车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨耗，而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。1 车轮损伤的形态据失效分析统计，铁道机车车辆车轮损伤的主要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏面剥离和崩裂等(参见表1和图2)。因磨耗造成车轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、内部缺陷应力集中等。2 车轮的消耗目前，我国铁路机车、客车和货车约有500万个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗，主要是指磨损后车轮的维修和更换以2006年为例，全路的机车、客车和货车就消耗新轮63·1万只，平均以0·5万元/只计算，所需费用约为31·55亿元。在为完成中国工程院下达的“摩擦磨损与工程应用咨询项目”时，笔者曾于2006年11月赴北京铁路局丰台机务段进行过“铁路机车车辆关键零部件摩擦磨损”的现场调研。从丰台机务段调查了解到:以DF4型机车为例，由于车轮维修或全部更换，该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别为3·3万元和42·4万元，这尚不包括因修理或更换时机车的停运损失。有关该段DF4型机车的旋轮与换轮费用参见表2和表3;若按2005年全路机车保有量17 500台推算，仅机车车轮的维修费用就近5·8亿元。3 制动闸瓦的消耗在机车车辆制动系统的摩擦制动中，主要有踏面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外，其他的机车车辆都是采用踏面制动，这对车轮的磨耗是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦，可以获得较高的黏着系数且摩擦系数稳定，但是磨耗快，成本较高。以丰台机务段DF4、DF4D型机车为例，在1个大修期内，每台DF4型机车需更换闸瓦8次，DF4D型机车需更换闸瓦10次。因此，每台机车的换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现有DF4型机车35台和DF4D型机车23台计算，这些机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万3 降低轮轨磨耗的技术措施我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出:“应注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的能量中，约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3 ~1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施，都会直接或间接地节约能源。”针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费用高的现象，如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装置等现有的成熟技术，不但可以明显改善轮轨摩擦磨损的现状，而且可以节约能源和原材料，大大降低消耗，取得显著的经济效益。1 采用淬火钢轨与维护钢轨波磨问题是轮轨相互作用过程中极其复杂的系统问题，根据不同的线路或区段，合理地选择钢轨，有助于预防钢轨的波磨。例如:淬火钢轨就很少发生波磨，因为它有较高的强度和硬度。因此，建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢轨。此外，轨面打磨也是主要防护手段，轨面打磨可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的磨损。实践表明，它可延长波磨轨寿命50%以上。从调查得知，若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的钢轨打磨等技术，仅钢轨材料一项每年就可节约费用20亿元左右，因减磨而节约的能耗费用也是很大的。2 采用磨耗型车轮踏面车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使用与维修都有相应的标准，如《DF4型内燃机车段修规程》第3·11·6·8条中规定:踏面磨耗深度不大于7 mm;而采用轮缘高度为25 mm的磨耗型踏面时，踏面磨耗深度不大于10 mm。磨耗达到或超过这些标准，就会危及行车安全。早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使用初期磨损很快，当磨损到一定程度后，磨损速率开始减缓，踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试验发现，如果在车轮踏面设计时就采用磨耗型的车轮踏面廓形，可有效地减轻轮轨接触应力，迅速降低轮轨磨耗，有效延长轮轨使用寿命。四方车辆研究所在对北京、广州、济南等铁路局的机车车轮外形轮廓实测的基础上，设计了小半径曲线区段使用的JM磨耗型车轮踏面。长期的运用结果表明，应用该外形设计后，与原锥型踏面车轮相比，轮缘减磨可达30%~70%一些铁路局根据各自所管辖线路的特点，也分别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研发的ST系列磨耗型踏面，就取得了很好的减磨效果(参见表5)。表5 上海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数据对比由表5可知，采用ST-2型踏面后，机车每万公里的轮缘磨耗率从0·304 mm降至0·190 mm，降低了38%，车轮踏面剥离的故障也明显减少。据有关资料分析:机车车辆若采用磨耗型车轮踏面，每台机车每年可节约费用1·5万元。3 采用径向转向架传统的机车转向架，因传递牵引力和保证直线上走行性能的需要，各轴基本上是被约束成相互平行的。在通过曲线时，这种刚性定位的轮对与钢轨之间会形成明显的冲角，从而使轮、轨都产生严重的磨耗。曲线半径越小，磨耗越严重。为降低轮、轨的磨耗，近年来国内外开展了机车径向转向架研究，并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲线时的运行示意图见图3。 再举几个例子，以说明装用径向转向架后轮缘的磨耗情况。戚墅堰机车有限公司生产的首台装用径向转向架的DF8B型7001号机车，在上海铁路局进行的线路运用考核结果表明:与同轴重、装有传统转向架且带轮轨润滑装置的DF8B型机车相比，前者的轮缘磨耗仅为16%。【下转第8页】【上接第4页】 资阳机车有限公司对径向转向架机车与传统转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。测试结果表明:仅就径向转向架冲角减少的程度而言，轮缘磨耗至少降低了45%。大连机车车辆有限公司生产的DF4D型径向转向架机车，在柳州至怀化区段的客、货运牵引数据表明，与装用传统转向架相比，机车车轮的轮缘磨耗下降了74%。据有关资料分析:若采用径向转向架技术，每台机车每年可节约费用5·8万元。4 安装轮轨润滑装置润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路节能技术政策》第3·6条强调指出:“内燃机车和电力机车要加装新型轮轨自动润滑装置，减少磨耗和阻力，降低机车能耗。”以丰台机务段为例，安装轮轨自动润滑装置取得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后，使每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万km，车轮寿命由30万km延长至80万km。除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益和经济效益之外，每台机车每年可节省旋轮(或换轮)费用1万元。丰台机务段的118台机车，每年可直接节省旋轮(或换轮)费用118万元。按全路17 500台机车推算，每年可直接节省旋轮(或换轮)费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说明:通过安装轮轨自动润滑装置，对轮轨进行润滑后，不但可以减缓轮缘的磨耗，而且经济效益十分可观。4 结语综上所述，在铁路运输中，机车车辆轮轨的摩擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车轮磨损，不但增加了材料的消耗，提高了修理成本而且降低了运输的效率，增加了能源的消耗。为此提出以下建议。(1)从设计、制造到运输、修理，所有与此相关的人员，对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况，都应当高度重视，并采取相应的对策。(2)对目前已被证实具有良好减磨效果的措施，应进一步加大推广应用力度。例如:对钢轨进行适当的热处理和打磨，开发新型闸瓦，扩大磨耗型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应用等。(3)在今后的技术引进或产品自主创新的研发中，应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的研究。与此同时，应寻求和开发更适应轮轨摩擦副的新材料、新技术、新工艺，以延长关键摩擦磨损件的使用寿命，进而达到节能、降耗和增效的目的。
