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第14章 交通运输(1)

交通运输的起源

与其他动物相比,人类在速度上明显处于劣势,在力量上同样微不足道,且缺乏持久性。然而人类却制造了工具,从而弥补了先天性的不足,并得以生存下来,成为地球的主宰。

轮的起步:现今,所有车辆的轮子都是在滚动而非滑动,只要有可能,人们就会在需要搬动的物体下面安装上可以滚动的类似于轮子的东西,如飞机起落架、旅行皮箱上都装有轮子。这样做可使搬动变轻快。

相对运动的物体间的摩擦力是压力与摩擦系数的乘积。压力通常与重量成正比,而要搬动的重物的重量一定,要想省力,只有减少摩擦系数。滚动摩擦系数比滑动摩擦系数小几个数量级。如一个100千克的物体放在粗糙水平面上,用水平力拉要用40千克的力;同样的重物,如在下面放上适当的轮子,在同样的路面上拉,只要5~8千克的力。通常来说,轮子越圆、越硬,地面越硬、越平,拉起来就越省力、越快。

生活在美索不达米亚平原底格里斯河流域和幼发拉底河流域之间的苏美尔人,是最早发明车轮的人。公元前2000年前后,中东地区出现了一种作战用的轻快马拉车,其车轮用木条弯成圆形并用木条做成辐条而做成漂亮的辐式车轮,其样式更接近现代车轮。

有了轮,同时也就有了原始的粗糙的车。

舟的出现:人类的祖先一定注意到树木能在水中浮起,甚至看到了小动物趴在树上随水漂流,于是发明了木筏。

后来,人们将树木的中间掏空,人呆在原始的“舱”里,为减少水的阻力,又将其两头削尖,就成了现在我们看到的独木舟。人们将它用作河汊纵横的沼泽地带的交通工具。

如果木筏和独木舟没有动力驱动,那么除了随波逐流,它们就难以行动。最早可能是用树棍来划或撑,这树棍即是桨的前身。后来,人们用树棍撑起兽皮,让风吹动兽皮推动木筏前进。这兽皮即是原始的帆。

帆的发明,是人们第一次有意识地利用人力与畜力之外的自然力--风力。帆发明后,为更好地利用风能推动船只前进,人们对帆做了很大的改进,比如有了能调节面积的帆,而且常常是一条船上装多张帆,大风用小帆、小风用大帆。如果调整船的方向使帆面与风向成适合的角度,船利用逆风就能前进。这时,船走的就不是直线,而是“之”字形线路。

畜力:在很早以前的北方,气候寒冷,某些地区出现了狗拉雪橇的交通工具。直到现在,阿拉斯加在冬季还常举办狗拉雪橇比赛。驯鹿拉雪橇也是林海雪原上的不错的交通工具。

公元前4000年前,人类就开始养马匹。一部分气力大的马被用来拉车运货,一部分速度快的马成为代步工具,速度快且在战场上能保持镇定的马成为战马。

在古中国,还修有专门的官道和驿站,从京都通往全国各地直至边疆。驿站上常年备有良驹,有专人伺候,一旦有紧急公文,便用这些马接力传送。一战时,骑兵因其速度快、能出奇制胜而颇受重视。几乎与马车同样常见的牛车也一样有悠久历史。

陆地交通运输

人类无法像鱼类那样生活在水中,也无法像鸟儿一样在天空自由飞翔,必须脚踏实地生活在陆地上。尽管很早就有了木筏和独木舟,但人类在改进交通工具上的努力最初主要还是针对了陆上交通工具。

人力车:人力车不仅载重量比直接的肩挑背负大得多,而且也省时很多,它是人类最早使用的车辆之一。一般的人力车或两、三轮,或独轮。

公元前1600年,中国商代时期已造出辐式车轮的两轮轻便车。秦汉时称人力两轮车为“辇”,一般为王公贵族所乘。独轮车一般用于道路狭窄到只容一轮通过的地方。这种车在山区特别常见。

畜力车:人类驯服了动物后,只要有可能,当然更愿意用畜力车。除了自行车,人力逐渐为畜力代替,更接着便被各种机械动力车辆取代。在没有汽车的时代,牛车和马车一直唱着主角,中国春秋时期还培育出比驴大而健于马的骡子。于是,除了牛车和马车外,又有了骡车。

骡子力大,因此多用来拉货,载货的畜力车常见的有两轮的和四轮的。由于所拉货物的轻重不同,通常拉车的牲口数也不同。车上有平板的或鞍式货厢的,用来装货、也可载人。

摩托车:摩托车有两轮或三轮的,那种带拖斗三轮摩托车一般用于军队的摩托化部队。

摩托车除了方便用于个人出门办事,还可用于执行巡逻、通信和客货运输等任务,还有就是用于比赛和作特技表演。

1884年,英国人布特勒制成出一辆三轮摩托车,它是世界上第一辆摩托车。1885年,德国人达姆勒制成用单缸风冷式汽油机驱动的三轮摩托车。在此基础上,法国、比利时等国先后制成有实用价值的摩托车。从19世纪末以来,摩托车的结构和性能不断被改进和提高。

早期汽车的出现和发展

汽车是指由本身装备的动力装置驱动的、具有四轮或四轮以上、不靠轨道和架线、在陆地上行驶的车辆。

自从瓦特发明蒸汽机后,蒸汽机就被广泛用于各种需要动力的场合。1769年,法国陆军军官尼古拉制造出了第一辆装有动力的“车”--一辆长达7米的三轮车,由蒸汽机推动前轮前进。该车速度约3.6千米/小时,行驶不能超过12分钟。尽管不算成功,但这次尝试还是带动一些国家开始了蒸汽机汽车的生产。

1790年,巴黎出现蒸汽机公共汽车。19世纪初期,英国的一些城镇间已有行驶在定期路线上,时速为20千米左右的12~16座的蒸汽载客汽车。

不过,蒸汽机汽车又大又重,很容易破坏道路;而且还会产生浓烟、噪音,速度慢、不易操作等。虽然后来又出现了以石油代替煤的美国斯坦利蒸汽汽车,但蒸汽汽车还是无法摆脱被淘汰的命运。

19世纪,人们已制造出性能良好的蓄电池和直流电动机,有的实验室甚至用几十节电池串联做大型电解实验。这时,人们很自然地想到了用电来驱动车辆,于是就开发出了电力车。这种汽车比蒸汽汽车轻便,且不用烧煤。另外,它几乎没噪音。

这种车一度流行,其中比利时捷那吉制造的加米·康坦特号流线型电力汽车,在1899年5月创造出105.9千米/小时的惊人记录。它是当时速度最大(非长时间行驶的平均速度)的交通工具。

电力汽车虽不烧煤,但耗电很快,运行80千米路就必须停下来充电。充电是个很慢的过程,以致耽搁很长时间,于是也注定慢慢被淘汰。到1920年,在路上鲜见蒸汽汽车和电力汽车了。

现代汽车的发展

真正实现速度的持续行驶时间飞跃的,是以内燃机为动力的汽车。内燃机轻便有力,操作简单,携带燃料的重量轻。

1860年,法国人雷诺制成了气体发动机,并在1863年把这种发动机装到车上进行了试验。1885年,德国人达姆勒获得汽油发动机的专利权。第二年,他的同胞本茨(生产奔驰车的公司的创始人)制造出第一辆以汽油发动机为动力的机动三轮车。同年,达姆勒制成了时速19千米的四轮车,此后,汽车制造业开始了突飞猛进的发展。

达姆勒制造的第一辆汽车基本与现代汽车一致。1895年,法国人米谢兰兄弟制成充气轮胎,使汽车的行驶性能和乘坐的舒适性大为提高。这时,汽车基本上成为现代汽车。此后,汽车制造者们竞相发展用于专门目的的汽车,同时提高汽车的行驶速度和安全性,并在汽车上装上了空调、音响等附属设备,使乘坐汽车具有舒适感。

现在,世界上的大汽车公司主要集中在美国、日本、德国、法国、英国等国家。1903年,美国亨利·福特创立福特汽车公司。1908年起,老福特主持生产著名的福特牌T型小轿车,首次采用大规模流水线生产,降低造价和售价,使汽车开始大众化。

德国的大众汽车股份公司生产的“大众”甲壳虫轿车也是风靡世界,连续生产到20世纪70年代才停产。1969年,该公司开始生产“奥迪”牌轿车。现在,这家公司的主要产品有“高尔夫”、“马球”等。

产品以优质豪华扬名于世的达姆-奔驰股份公司生产的梅塞德斯-奔驰系列车中的230、250、280、300等型,都为中国车迷所熟悉;其超级豪华型的奔驰600型车主要为各国政府首脑及富商巨贾们服务。

日本的汽车产量、出口量均居世界第一,其中丰田汽车工业公司是日本最大的汽车制造厂家,丰田公司生产的轿车主要牌号有“凌志”、“皇冠”、“赛利卡”、“花冠”等。

英、法、意大利等欧洲国家都有其著名的汽车公司,生产世界级的名牌轿车。如法国雪铁龙公司的雪铁龙,雷诺公司的雷诺车,标致公司的标致系列;英国的高品质、豪华型的劳斯莱斯,意大利的菲亚特,瑞典的沃尔沃等都是享誉世界的名车。

汽车工业的竞争变得越来越激烈,各大公司纷纷将科学技术的最新成果用到汽车制造上,推陈出新。

小知识

公共汽车

公共汽车是有固有路线和停车站的大型汽车。1827年,法国巴黎一家浴室的老板用公共汽车接送顾客,最初的公共汽车就像一个长长的大箱子,是用马拉着行走的。1831年,英国人沃尔特o汉考克为他的国家制造出了世界上第一辆装有发动机的公共汽车。

这辆公共汽车以蒸汽机为动力装置,可载客10人,当年被命名为“婴儿号”,并在伦敦到特拉福之间试运行。不久,以汽油发动机为动力的公共汽车代替了蒸汽机公共汽车。

最早制造出汽油发动机公共汽车的是德国的奔驰汽车公司,而长途公共汽车则出现于美国。1910~1925年间,美国开辟了许多长途公共汽车路线,连接没有铁路的地区。早期的公共汽车一般可载客20多人,乘坐也比较舒适。

汽车的结构

汽车的基本结构由车身、动力装置和底盘三个部分组成。车身包括驾驶室和车厢;动力装置是驱动汽车行驶的动力源,现代汽车的动力装置主要由汽油机和柴油机构成;底盘是车身和动力装置的支座,同时是传递动力、驱动车身、保证汽车正常行驶的综合性载体,由传动系统、行驶系统和操作系统构成。

发动机是汽车的动力源泉,是整个汽车构造中最复杂部分,也是评价汽车优劣的主要依据。汽车的驱动动力即由发动机提供。现代汽车通常装配四冲程汽油发动机。这种发动机除本身机体外,还由两个机构和五个系统组成。

四冲程汽油发动机机构:曲柄连杆机构和配气机构。前者等同于人的手臂,能使气缸中燃烧膨胀气体的压力通过活塞、连杆、曲轴,使活塞上下的直线运动变成旋转运动,将热能转换为机械能;后者的功能相当于人的呼吸器官,用以调节控制各个冲程要求的燃气和产生的废气的进出。当气门有节奏地配气时,发动机工作循环才能正常进行。

供给系统:燃料供给系统如同人的嘴、喉、肠、胃。汽油泵先把汽油从油箱中吸出过滤干净,再送入化油器中,与滤清的空气混合,再通过进汽管进入汽缸燃烧。化油器的功能是将油充分雾化、汽化,并同空气均匀地混合使之更有效地燃烧,就像人吃进食物要经过胃的消化才能吸收其营养,并使之转化成热能一样。

点火系统:点火系统的功能是产生高压电火花,按工作顺序点燃气缸中压缩后的混合气。

冷却系统:汽车冷却系统主要是从散热器(水箱)中流进缸体中围绕着气缸的水道。水先流进缸体底部,吸收缸体的热量后再上升至缸体上部,从散热器顶部流回散热器。一个小水泵使冷却水保持一定的循环方向。汽车行驶时,风吹到散热器上,使其中缓慢流过的热水重新冷却。

汽车上还装有冷却风扇,由曲轴通过皮带传动,以增大风量,从而增加冷却速度。有些发动机只有空气冷却没有水冷却,称“风冷发动机”。

润滑系统:润滑系统是依靠机油泵的压力,将机油分流到各金属零件结合处需要润滑的地方,以减少金属零件间由于摩擦产生的热量。传动系统的作用,是将曲轴输出的动力传至后轮,是汽车发动系统中的一个重要机制。

制动系统:一般来说,汽车每一只车轮上都有一个脸盆一样的制动鼓同车轮一起滚动。制动鼓内壁的制动蹄片,当司机踩下制动踏板--“脚刹车”时,制动液通过管路将压力传到制动蹄片上。制动蹄片在制动液作用下张开,贴在制动鼓内壁。蹄片与鼓产生摩擦,进而使车辆转速下降或停止。

汽车制动的基本原理是增加行驶车轮的摩擦系数,达到制动目的。从动力来源区分,可分为气压动力系统与液压动力系统。

汽车的造型

随着机械工业、冶金工业的发展,特别是冲压技术、焊接技术的突破,更有空气动力学理论的研究成果,汽车的造型脱离了“马拉车”的原始状态,车头与车身趋向一体,车身材料也由金属代替了木材;接着,又出现了工艺美术设计概念,出现了设计要体现实用需要与精神需要相结合的概念,体现使用者生活方式的概念,体现工业技术水平和民族、国度文化特色的概念,从而构成汽车造型艺术发展的一些基本规律,并由这些基本规律形成汽车造型艺术的发展历程。

马车型汽车:1885年,卡尔·本茨制造出世界上第一辆汽车--三轮汽车。

该车前轮比后轮小,发动机位于后轮上方,其设计尚未摆脱马拉车的基本形体,故称“马车型汽车”。

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