书城传记大家风采:天下名人世界上卓越的20位发明家
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第7章 斯蒂芬逊

姓名:乔治·斯蒂芬逊

出生地:英国诺森伯兰

生卒年:1781-1848年

历史评价

乔治·斯蒂芬逊一生未受过正规的文化教育,但他刻苦自学,勤于钻研创新,发明和制造了世界上第一辆蒸汽机车,被尊为铁路之父,开创了人类交通史上的新纪元。

斯蒂芬逊于1781年6月9日出生在英国诺森伯兰(今纽卡斯尔)的华勒姆村。父亲是煤矿工人,母亲是普通的家庭妇女。全家八口人全靠父亲一人挣钱养活,生活非常困苦。为了分担家中的生活重担,8岁起他就去给人家放牛,10岁时在煤矿上做些零活,14岁就跟随父亲到煤矿正式上工。

当时,煤矿里已经广泛使用瓦特改良的蒸汽机抽水。斯蒂芬逊来到矿上,先是担任蒸汽机司炉的助手,擦拭机器,给机器加油,做烧火工。斯蒂芬逊生性好钻研,他对蒸汽机能带动抽水机极感兴趣。别人修理机器时他在旁边细心观察,了解机器的构造和性能。他还利用工余时间用泥巴制作蒸汽机、锅炉、汽缸、飞轮,做得和真的差不多。

为了填补科学知识的空白,斯蒂芬逊决心从头学起。他开始在附近的一所夜校里读书,每周三个晚上上课。从此,他节衣缩食,把每一分能省下来的钱都积蓄起来,用来选购必要的书籍和交纳学费。白天他要到煤矿干活,随身带着书本,不放过可以利用的分分秒秒,有空就学;晚上下班回家,吃过晚饭,就伏案灯前,又如饥似渴地攻读起来;为了贴补家用,还得抓点空暇时间给人家刷补皮鞋、修理钟表,生活过得非常紧张。在夜校里,斯蒂芬逊和七八岁的孩子们一起上课,他一点也不感到害羞。他坚持刻苦学习,春夏秋冬,风雨无阻。随着时间的推移,斯蒂芬逊的知识也逐渐增多。他阅读各种科学知识的书籍,探求蒸汽机的奥秘。这样,他不仅熟悉了各种机器的使用情况,而且掌握了它们的理论知识。到1800年,19岁的斯蒂芬逊已经是矿上一名心灵手巧、艺高技深的机械师了。

斯蒂芬逊生活的十八九世纪是资本主义迅速发展时期。特别是1769年,苏格兰的瓦特发明了蒸汽机。蒸汽机的广泛使用,使手工业性质的小生产发展成大生产,大大推动了工业革命。这就把交通工具的改革提到日程上来。

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蒸汽机车

蒸汽机车是利用蒸汽机,把燃料(一般用煤)的热能变成机械能,而使机车运行的一种火车机车。它主要由锅炉、蒸汽机、车架走行部和煤水车四大部分组成。

蒸汽机车按工作性质分为客运机车、货运机车、调车机车。

客运机车是适用于牵引旅客列车的机车。

货运机车是专门用于牵引货物列车的机车。

调车机车是专门用于编组站或调车场进行列车编组、解体作业的机车。

蒸汽机在20世纪中开始被内燃机车取代。

1801年,英国人特列维蒂克制造出了第一台蒸汽机车。可是试车的时候,他在点火以后跑去喝水,等他喝水回来,机车早已烧坏了。3年以后,特列维蒂克又制造了一台机车,取名“新城堡号”。这台机车只有一个汽缸,机身很大,力量很小,靠齿轮传动,开起来声音震耳欲聋,一摇一摆,变换速度困难,经常出轨。特列维蒂克连遭失败,灰心丧气,就不再研制机车了。

1807年,美国的富尔敦发明了汽船,基本上解决了水上运输问题。但陆上交通工具仍以马车为主,不能适应生产发展的需要。这一年,英国的特勒维也制造出了一个火车头。这个火车头重5吨,每小时能走8公里,最多拉十几吨货物,但经常出事故,因此没有实用的价值。许多人都嘲笑特勒维说:“你的火车,还不如我的马车跑得好呢!”特勒维一生气,再也不去研制火车了。

就是在这种情况下,斯蒂芬逊开始了研究火车。斯蒂芬逊想,煤矿上的蒸汽机能把深井里的水抽上来,特列维蒂克和特勒维制造的机车能拉得动十几吨重的东西,这力量是从哪里来的呢?他仔细观察,反复思考,终于悟出了其中的奥妙。原来,火车拉得多,跑得快,全靠着“大力士”蒸汽机。

为了掌握蒸汽机的原理,斯蒂芬逊不怕吃苦,长途跋涉,步行1000多公里,特意来到瓦特的故乡苏格兰,在那里整整工作、学习、研究了一年。他不知疲倦地阅读了许多有关蒸汽机的书籍,研究了蒸汽机的发展演变历史,实地考察了各种类型蒸汽机的特点。

从瓦特研究发明蒸汽机的过程中,斯蒂芬逊懂得了飞轮可以积蓄能量,保持机器的匀速运转;通过曲柄连杆的传动,可以把活塞往返的直线运动,变成车轮旋转的圆周运动。更重要的是,斯蒂芬逊明白了能量转变和能量守恒定律。煤燃烧放出能量,水受热变成蒸汽得到能量。啊,原来是蒸汽的能量推动活塞往返运动,带动车轮旋转,火车便向前运动了。所以,汽缸里的蒸汽温度越高,能量就越大,火车就可以拉很多的货物,而且比马车跑得更快。

斯蒂芬逊在总结和掌握了前人制造蒸汽机车的经验教训以后,便开始研制新的蒸汽机车。他把当时的立式锅炉改成卧式锅炉,用扩大炉膛的办法,来增加锅炉的受热面积和蒸汽。而且,把立式锅炉改成卧式,高度降低,行走、转弯也就平稳、灵活多了。此外,他还在车轮的圆边加上了轮缘,防止火车发生出轨事故,保证行车安全。

经过多年的研究和反复的试验,斯蒂芬逊在1814年,制造出了他的第一辆蒸汽机车“布鲁海尔”号。7月25日,斯蒂芬逊的机车进行了第一次试车,吸引了不少人前往观看。这辆火车头运行在平滑的轨道上,载重30吨,牵引着8节车厢,行驶时不会脱轨,但行驶的速度很慢。从坎林沃斯煤矿到港口,距离不到15公里,要行驶近2个小时。由于没有装配弹簧,车开起来,震动得很厉害。观看试车的人们议论开了。有人讥笑斯蒂芬逊:“你的车怎么还不如马车呀!”有的人找到他说:“你那玩意儿拉东西不中用,可声音比打雷还响,把牛马都给吓跑啦!”人们说的倒也是实情。试车时,由于震动太大,连路基都震塌了;放汽时声音尖得吓人,把沿线附近的牲口惊得乱跑乱叫,引起农民恐慌。一些原来赞成试验蒸汽机车的官员,现在也起劲反对,断言用蒸汽机车作交通工具是不可能的。

机车模型

斯蒂芬逊并没有因为试车的不理想而气馁。他以巨大的勇气和毅力,决心总结经验,对火车头继续进行研究和改进。

为了减轻火车行进时的震动,斯蒂芬逊在火车上装置了减震弹簧。

为了进一步提高锅炉的受热面和蒸汽量,加大机车的牵引力和延长锅炉的使用时间,斯蒂芬逊在锅炉里面增设了20多根小烟管。让炉膛里冒出来的高温烟,从小烟管排出去。

经过改进,斯蒂芬逊于1815-1816年,又重新制造了两台更为完善的蒸汽机车,分别是“威灵顿”号和“我的上帝”号。机车的牵引力和行驶速度都有显著的提高。

1823年5月30日,英国国会通过了火车法案。但是当时还没有一家专门的机车制造工厂。6月,斯蒂芬逊和皮斯及迈克(制造锻铁钢轨的铁工厂主)决定共同出资,合作开设一家机车制造工厂。这是世界上第一个机车制造工厂。他们在纽塞的福街购买了土地,雇佣工人开始为斯托克顿及达灵顿公司制造两部火车头。

斯蒂芬逊在这种机车的对轮上首次采用了联轴组装,使机车的性能比过去大大提高了一步。

为了防止温度太高引起锅炉破裂,斯蒂芬逊从薄玻璃杯传热快、不会炸裂中得到启示,没有采用增加锅炉壁厚度的办法,而是在锅炉的烟道中添置了一些预热管,使废热气从管外经过。这样,加入锅炉的冷水先经过预热管预热。然后再进入锅炉,就可以避免加入冷水时,因温度剧烈变化引起锅炉破裂。

为了流通空气,减少噪音,斯蒂芬逊把汽缸里的废汽,用小管通到烟筒里去,利用小管里蒸汽向上冲力,使煤烟出得比原来更通畅,使炉膛中的空气循环加快,煤也就烧得更欢了。

经过这一系列的改进,斯蒂芬逊终于造出了牵引力大、运行安全的机车“旅行1号”。1825年9月27日,斯蒂芬逊亲自驾驶这辆机车在斯托克顿—达灵顿铁路上成功进行了试车表演。

不久,英国政府决定,在利物浦和曼彻斯特两大城市之间修筑一条铁路。斯蒂芬逊被聘请为负责修筑这条铁路的工程师。在当时的条件下,这是一项规模空前的大工程。他和工人们一起,克服了重重困难,很快就把这条铁路修成了。与此同时,斯蒂芬逊继续致力于火车的研究和改进工作,并与他的儿子罗伯特·斯蒂芬逊一起,设计制造了一台取名“火箭号”的新火车头。

斯蒂芬逊在研制火车方面取得的巨大成功,大大鼓舞了人们研制火车的兴趣。1829年10月,在利物浦附近的赖布尔,举行了一次火车比赛。应征参加这次比赛的共有三列火车,一辆马拉车,比赛刚开始,有一列火车因为锅炉破裂,退出了比赛。另一列火车跑了44公里,因为汽缸破裂而失败。惟有斯蒂芬逊的火车——“火箭号”,以46.4公里的时速(平均时速22.6公里),拖着17吨重的货物,安全行驶112.6公里,顺利到达终点站曼彻斯特。它的速度比那辆四套马车高出两倍以上,荣获比赛冠军。

从此,火车得到了人们普遍的称赞和重视,正式登上历史舞台,使陆上交通运输的发展,进入了一个新的时期。

1848年,终生致力于发展铁路交通运输事业的斯蒂芬逊与世长辞,终年67岁。

——传世佳言——

既然基础等于零,那就从零开始吧。