Ιστορία του σιδηροδρόμου: Κατηγορίες και τύποι μηχανών

Η βιομηχανική επανάσταση και η εφεύρεση της ατμομηχανής σηματοδότησαν την αρχή του σιδηροδρόμου. Οι πρώτες ατμομηχανές ήταν ατμοκίνητες. Καθώς οι καιροί άλλαζαν και νέες τεχνολογίες γίνονταν διαθέσιμες, εισήχθησαν νέοι τύποι μηχανών και οι μηχανές βελτιώθηκαν σημαντικά ως προς τον τρόπο με τον οποίο κινούνται. Σήμερα τις ταξινομούμε ανάλογα με την πηγή ενέργειάς τους και εδώ είναι μερικές από αυτές:

• Η ατμοκίνητη μηχανή παράγει την ελκτική της δύναμη μέσω μιας μηχανής ατμού. Όλες οι ατμοκίνητες μηχανές διαθέτουν λέβητες των οποίων το νερό θερμαίνεται με την καύση άνθρακα, ξύλου ή πετρελαίου μέχρι να παραχθεί ατμός. Ο ατμός τροφοδοτεί τα παλινδρομικά έμβολα που με τη σειρά τους – γυρίζουν τους τροχούς. Η πρώτη ατμομηχανή εφευρέθηκε από τον Richard Trevithick στο Ηνωμένο Βασίλειο. Η πρώτη της διαδρομή έγινε στις 21 Φεβρουαρίου 1804, αλλά η επιτυχία της ήταν μικτή. Παρ’ όλα αυτά οι αρχικές καινοτομίες ήταν στο σωστό δρόμο και ο Trevithick συνέχισε να πειραματίζεται. Η πρώτη εμπορική ατμομηχανή άρχισε να λειτουργεί το 1812. Αυτός ο τύπος ατμομηχανής ήταν σε γενική χρήση μέχρι τη δεκαετία του 1950, όταν έπεσε σε δυσμένεια και τη θέση του πήραν άλλοι τύποι.
• Η ντιζελομηχανή έχει ως πηγή ενέργειας έναν κινητήρα ντίζελ με εσωτερική καύση. Η πρώτη ντιζελοκίνητη ατμομηχανή εμφανίστηκε το 1912 στην Ελβετία. Δεν ήταν εμπορικά επιτυχής και οι περαιτέρω δοκιμές σταμάτησαν από τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο. Ο Hermann Lemp, ηλεκτρολόγος μηχανικός της General Electric, εφηύρε ένα αξιόπιστο ηλεκτρικό σύστημα ελέγχου συνεχούς ρεύματος που επέτρεψε την ηλεκτρική μετάδοση της ισχύος από τον κινητήρα στους τροχούς. Αυτό αποδείχθηκε επιτυχές και τα πειράματα συνεχίστηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες. Οι μηχανές ντίζελ ήταν πιο πρακτικές από τις ατμομηχανές, χρειάζονται λιγότερη συντήρηση και είναι λιγότερο ρυπογόνες. Χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα.
• Η μηχανή slug ή drone locomotive είναι μια ατμομηχανή χωρίς ισχύ που προστίθεται σε μια ντιζελοηλεκτρική μηχανή. Παρέχει πρόσθετη ικανότητα έλξης και πέδησης. Αυτό γίνεται μέσω κινητήρων έλξης που τροφοδοτούνται από την κύρια μηχανή (τη λεγόμενη “μητέρα”).
• Η ηλεκτρική μηχανή τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια με έναν από τους δύο τρόπους: έναν εναέριο συλλέκτη ή μέσω μιας τρίτης σιδηροτροχιάς. Η πρώτη κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1890 από τον Jean Jacques Heilmann και πέρασε από το χαρτί στην πραγματικότητα το 1893. Αυτός ο τύπος μηχανής έχει υψηλότερες επιδόσεις και χαμηλότερο λειτουργικό κόστος. Είναι επίσης πολύ λιγότερο ρυπογόνες από τις ατμομηχανές και τις ντιζελομηχανές. Το γαλλικό TGV, το οποίο είναι ηλεκτρικό, κατέχει το παγκόσμιο ρεκόρ για το ταχύτερο τρένο με τροχούς με ταχύτητα 574,8km/h.
• Η υβριδική μηχανή χρησιμοποιεί ένα ενσωματωμένο σύστημα αποθήκευσης επαναφορτιζόμενης ενέργειας (μια μπαταρία) εκτός από μια πηγή ενέργειας που τροφοδοτείται με καύσιμα και έναν ηλεκτρικό κινητήρα. Η μπαταρία του χρησιμοποιείται για την αναγεννητική πέδηση όπου η κινητική ενέργεια του τρένου μετατρέπεται σε πέδηση. Οι πρώτες υβριδικές μηχανές εμφανίστηκαν στις αρχές του 20ού αιώνα.
• Η υβριδική ατμο-ντίζελ μηχανή ήταν μια πειραματική μηχανή η οποία μπορούσε να χρησιμοποιήσει ατμό από λέβητα ή καύσιμο ντίζελ στον εμβολοφόρο κινητήρα της. Το Ηνωμένο Βασίλειο, η Ρωσία και η Ιταλία εργάστηκαν ξεχωριστά πάνω σε αυτόν τον τύπο αλλά εγκατέλειψαν λόγω του υψηλού κόστους του μαζούτ.
• Η αεριοστροβιλική-ηλεκτρική μηχανή διαθέτει έναν αεριοστρόβιλο που κινεί μια ηλεκτρική γεννήτρια ή γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος, η οποία με τη σειρά της τροφοδοτεί κινητήρες έλξης. Η πρώτη κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1920 αλλά ο τύπος αυτός δεν είδε εμπορική διάδοση μέχρι τη δεκαετία του 1930 και χρησιμοποιήθηκε μέχρι την πετρελαϊκή κρίση του 1973, όταν η λειτουργία τους έγινε ασύμφορη. Σήμερα χρησιμοποιούνται πολύ σπάνια.
• Η ηλεκτρική μηχανή με κυψέλες καυσίμου (hydrail) είναι πολύ πρόσφατος τύπος μηχανής. Τροφοδοτείται από υδρογόνο και μετατρέπει τη χημική ενέργεια του υδρογόνου σε μηχανική ενέργεια. Η πρώτη παρουσιάστηκε το 2002 στο Val-d’Or του Κεμπέκ. Λίγα μέρη έχουν αυτό το είδος σιδηροδρόμου όπως το Kaohsiung της Ταϊβάν και μερικά επίσης έχουν τις μηχανές Rail Power GG20B που λειτουργούν αρχικά με ντίζελ αλλά έχουν μετατραπεί σε υδρογόνο.
• Η ατομική-ηλεκτρική μηχανή ήταν μια ιδέα της δεκαετίας του 1950, όταν δεν κατανοούσαμε πολύ καλά τους κινδύνους της ατομικής ενέργειας. Θα είχε θάλαμο αντιδραστήρα 200 τόνων ο οποίος θα ήταν επικαλυμμένος με 1,5 m μολύβδου.