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第21章 交通科技应用(1)

自从有了汽车、飞机和轮船以后,人类的生活就发生了巨大的变化。人们的视野变得更广了,人们活动的范围变得更大了。而交通工具太过快速发展,使交通秩序混乱不堪。这时,交通信号的发明解决了这个难题,它让混乱的交通变得井然有序。

轮子

轮子是车辆或机械上能够旋转的圆形部件。轮子的发明改变了人类在陆地运动的方式。如今,在汽车、火车和飞机上,在各种机器上,到处都有轮子,车轮转动的速度越来越快。轮子带给人类一种新的运动的方式,这就是由移动到滚动的飞跃。

轮子的发明可以被视为是人类文明的一个重大转折点。最早的轮子——个由实心木块雕刻而来的圆盘于公元前3500年被制造出来。这一工具的早期应用是陶工转轮,这种轮子可以用来旋转灰泥并方便将其塑造成一定形状。约300年后,美索不达米亚人给车子装上了轮子,真正意义上的轮子出现了。轮车很快取代了滑橇的运输方式。而轮轴和轮辐、轮盘的设计也相继出现让轮子变得更加实用而轻巧。

轮子在古代的应用

最早的车轮是马车上的实心木制车轮。它用两三块木板拼在一起,然后切割成圆形。它们约出现于公元前3200年。有轮轴的轮于是公元前2000年左右开始出现的。这种轮子比实心的轮子轻便,转得也比较快,适合用于战车上。

用铁线做轮轴的轮子出现在1800年前后,它们轻便、坚固。这种轮子首先被用在汽车,脚踏车上。到了20世纪50年代汽车上的铁线轮子由金属轮子所取代。

轮子的影响

有时简单的发明却是最重要的。轮子的独特之处,就是它们都是圆的,没有棱角,所以能均匀地滚动或旋转。这就使得汽车,火车等各种陆上交通工具可以在公路、铁轨和崎岖的地面上顺利行走。此外,轮子的圆周运动使它可以不断地把引擎的动能传递出去。之后的许多发明也依靠轮子帮助,例如:起重机就依靠滑轮(有沟槽的轮子槽上绕着带子)来减少搬重物所需要的力。齿轮可增大或降低轮子的速度和力。无数机器,包括引擎和飞机,也都不能没有齿轮。

公路

公路是指连接城市、乡村和工矿基地之间,主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路。公路主要由路基、路面、桥梁、涵洞、渡门码头、隧道、隔离栅、路面标线、护栏、绿化带、通讯、照明以及交通标志等设备及其他沿线设施组成。中国的高速公路还附带隔离栅,服务设施和收费站。

一般来说,修筑公路可以促进社会经济发展。

公路的起源

约公元前3000年,古埃及人为修建金字塔而建设的路,应该算是世界上最早的公路。之后是大约公元前2000年的古巴比伦人的街道。公元前500年左右波斯帝国的大道贯通了东西方,并连接起通往中国的大路形成了世界上最早、最长的“丝绸之路”,这可算是2500年前最伟大的公路了。古罗马帝国的公路曾经显赫一时,它以罗马为中心向四处呈放射型修建了29条公路,在当时号称世界无双。所以产生了至今人们还常用的外国俗语,“条条道路通罗马”。

公路的分类

公路按使用性质可分为国家公路(国道)、省级公路(省道)、县级公路(县道)、乡村道路,以及专用公路五个等级。一般把国道和省道称为干线,县道和乡村道路称为支线。省道是由省、自治区公路主管部门负责修建养护和管理的公路干线。县道是连接县城和县内主要乡(镇)、主要商品生产和集散地的公路,以及不属于国道、省道的县际间公路。乡道(或称乡村道路)是主要为乡(镇)村经济、文化行政服务的公路,以及不属于县道以上公路的乡与乡之间及多与外部联络的公路。专用公路是指专供或主要供厂矿林区、农场、油田、旅游区、军事要地等与外部联系的公路。

自行车

自行车是一种两轮交通工具,它无需燃料,仅靠人力带动脚踏板产生动力,操纵灵活,是一种便利且无污染的高效能的交通工具。在不同的地区还有脚踏车、单车等名称。如今,自行车已成为人们使用最多,最简单、最实用的交通工具。

自行车的诞生于发展

1791年,法国人西弗拉克发明了最原始的自行车。它只有两个轮子而没有传动装置,骑上去只能两脚蹬地前进。

1817年,德国人德雷斯在自行车上安装了方向舵使其能改变行使方向,但骑车时依然要用两只脚蹬地。1839年苏格兰人麦克米伦对自行车进行了改进他在后轮的车轴上装上曲柄,再用连杆把曲柄和前面的脚蹬连接起来,并且前后轮都用铁制,前轮大,后轮小。这样一来,人的双脚就能交替踩动踏板使轮子滚动。1886年,英国人詹姆斯又把自行车的前后轮改为大小相同,并增加了链条,这种车型与现代自行车基本相同。1888年,英国人邓洛普用橡胶制造出内胎,用皮革制造出外胎,以此作为自行车的充气轮胎。至此,现代自行车的轮廓已经初步显现出来了。

自行车的种类

随着自行车工业向舒适、安全、便携高机械性能和多功能方向的发展自行车的种类也越来越多,它不再仅仅是短途代步交通工具,而且能用于休闲、娱乐、健身。自行车的种类包括一般通勤车、公路竞赛车、多功能越野车和技术单车。一般通勤车是平时作为代步通勤用的车种;公路竞赛车是专门设计用来在公路上运动竞速的车种;多功能越野车是适合竞赛及休闲的车种能够轻易地穿梭林道、河床地、公路及上下坡,还可以进行简单的跳跃动作技术单车,技术花式表演用的车种,车身经过特殊设计,稳定性好,但不适合高速行驶,讲究的是让车手能灵活地操控车架,做出不同的特技动作。

摩托车

摩托车是装有内燃发动机的两轮车或三轮车。由于摩托车是由机器驱动前进的,形状和自行车差不多,所以最早的摩托车又被称为“机器脚踏车”。现代摩托车的设计更加合理先进,速度也越来越快。

摩托车的发明

世界上第一辆以蒸汽机为动力的两轮摩托车诞生于1869年,是由法国人皮埃尔马肖发明的。而以汽油机为动力的摩托车是德国人戴姆勒发明的,1885年8月29日,戴姆勒把经过改进的汽油引擎装到木制的两轮车上制成了世界上第一辆摩托车,并获得了专利。这辆摩托车装有两档变速器最高时速可达19千米。同年11月,戴姆勒的长子鲍尔·戴姆勒驾驶着这辆摩托车以每小时12千米的速度试驶了3千米。

摩托车的构造

摩托车有类似自行车的钢架、引擎、变速器、油箱车、座以及其他部分都装配在车驾上。前制动器、油门、离合器、车灯的操控装置都装配在把手上。后制动器由脚踏板控制,也可以用脚换档。不过许多摩托车都有自动换档变速器。前轮和后轮装有弹簧和液压减震器,以免摩托车行驶时上下震动得太厉害。引擎与变速器相连结,一般以铰链带动后轮。小型摩托车一般用气冷式二冲程汽油引擎。较大较贵的摩托车通常用四冲程引擎,这样可以更加充分利用燃料,

摩托车的动力类型

目前,摩托车动力装置一般采用的部是内燃机。人们对使用以柴油为燃料的发动机习惯称为柴油机,而对使用汽油为燃料的发动机就称汽油机。由于汽油机具有重量轻、体积小、噪音小、起动容易和造价低廉等优点,因此摩托车普遍采用汽油机作为其动力装置。还有一些摩托车用电启动器来起动发动机而较小型的摩托车普遍用脚踏起动器。

形形色色的摩托车摩托车既有自行车的灵活性和轻便性,同时又有汽车的机动性和高速性。

现代的摩托车有各种型号,它们的用途也各不相同,普通型的摩托车主要用作城市交通工具,它的性能和速度都比较适中。交警驾驶的摩托速度快,可以在车辆中穿行,应付突发变通事件。越野摩托车的车身很轻,但功率和速度都很高,适用于体育竞赛。

现代摩托车技术的发展

目前世界摩托车技术发展趋势呈现以下特点:电喷化速度加快,电控燃油喷射现代化油器已成为发展必然;发动机追求高速,高功率是其重要的设计目标。为改善其驾驶性、在机身上采用进排气可变技术调谐进排气压力波,使其在全工况下达到调谐状态。可变技术由机械控制向电控方向发展,其控制精度大大提高电喷与排气催化技术组合是摩托车实现超低排放的重要措施。摩托车电喷技术可以优化燃烧过程,达到机内净化的目的,但不可避免地造成一些废气排放量增加,因此必须采用催化器进行机外净化。联合防抱死制动技术也将在摩托车上普及。目前,大排量摩托车普遍采用电子液压防抱死制动系统但对于普通小型摩托车特别是踏板摩托车使用者来说,应该简化制动操作,提高制动安全感。开发可再生燃料使摩托车节约燃油消耗,降低摩托车运行成本;开发研制没有废气排放的电动摩托车,重视环境保护的摩托车技术是今后发展的重要方向。

汽车

车如流水马如龙,这是现代城市的真实写照。汽车在给人们带来方便的同时,也给人们带来了烦恼,但汽车的普及毕竟代表了时代的进步。关于汽车,你知道多少呢?

1867年,德国工程师奥托研制成功世界上第一台往复活塞式四冲程发动机,并于1885年宣布放弃专利,任何人都可以根据需要随意制作。1885年,德国人卡尔·本茨购买了奥托的内燃机制作方法,并将制成的内燃机和加速器安装在一辆三轮马车上。这就是世界上第一辆汽车。1886年1月29日,本茨的单缸三轮汽车获得专利。这一天被认为是现代汽车的诞生日。卡尔·本茨也被认为是“汽车之父”。

汽车的“心脏”

汽车要在道路上行驶必须先有动力,而其动力的来源就是引擎,也就是发动机。引擎的工作原理是先将汽油与空气混合雾化,经过压缩,通过汽油的燃烧膨胀产生动力。这一程序,被称为四行程或四冲程。引擎性能的良好与否是决定汽车行驶性能好坏的最大因素因此引擎被视为“汽车的心脏”。目前,大多数汽车使用的引擎均属内燃机。

汽车底盘的作用是支撑,安装汽车发动机及其各部件、总成,形成汽车的整体造型,并接受发动机的动力,使汽车正常行驶。因此,它被称为汽车的“骨架”。底盘由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统四部分组成。底盘的安全性在汽车的整体设计中是第一位的。因此设计底盘时要考虑到前后车身的吸能区、中间车身的刚度等因素,以确保碰撞后车内的人能安全逃逸。另外,车子的重心高度、舒适性与底盘也有十分重要的关系。

汽车的“皮肤”

汽车的车身是汽车的“皮肤”。车身既是驾驶员的工作场所,也是容纳乘客或货物的场所。车身应能给驾驶员提供便利的工作条件,给乘坐人员提供舒适的乘坐条件,保护他们免受汽车行驶时振动、噪声、废气以及外界恶劣气候的影响,并保证完好无损地运载货物且装卸方便。所以,车身的设计应保证汽车具有合理的外部形状,以便在行驶时有效引导周围气流,减小空气阻力和燃料消耗。此外,车身还应有助于提高汽车行驶时的稳定性、改善发动机的冷却条件和保持车身内部通风良好。

F1赛车

要问如今什么汽车速度最快,答案非陆地“波音”——F1赛车莫属。F1赛车是世界上花销最高、速度最快、科技含量最高的赛车。很多新的科技都是在F1赛车上得以最初实践的。F1赛车的“F1”缘何而来?方程式又是怎么回事?且看下文。

为什么叫“F1”

“F1”起源于1950年,是“Formula Grand prix”的简称,“Formula”本意是公式,方案,准则“Grand prix”意为大奖赛。由于最初香港的一家杂志将“Formula”翻译成“方程式”,因此,“Formula I Grand prix”也就将错就错被叫做“一级方程式大奖赛”。

若按其原文翻译,则应该是“最高等级规则限制的大奖赛”。而“FormulaI Grand prix”的全名是“FIA Formulaworldchampionship(FIA是国际汽车联合协会的简称)”,意为“国际汽联一级方程式世界锦标赛”。

“方程式”其实就是“规则与限制”的意思,因为F1比赛是在FIA所制订的规格与规则下来制造赛车以及进行比赛的。所有参加的队伍都必须遵守这套如方程式般精准的规则。除了F1之外,还有其他不同等级的方程式比赛,如F3、F3000、福特方程式,雷诺方程式等,它们都属于方程式赛车的一种只是各自的规范不同。FI是FIA所制订的方程式赛车规范中等级最高的,因此以“1”命名。这就是“F1”的由来。

无与伦比的速度

F1赛车从0加速到时速100千米只需2,3秒,由0加速到时速200千米再减速到0,也只要12秒。在一些条件相对较好的高速跑道,F1赛车最高时速可达350千米。F1赛车的刹车碟盘是由碳纤维制成的,超高性能的刹车系统能让F1赛车在2,5秒内由时速240千米刹到停止所需距离只要30米。在历届F1比赛中,赛车在赛道上创造的官方极限速度纪录是372千米/小时而架波音747飞机起飞的时速也不过是280至300千米。

环保汽车

随着汽车尾气污染的日益严重,同时出于未来市场的考虑,如今世界备大汽车公司均把研制废气排放少、污染程度低甚至不排放废气的新型汽车,即“环保汽车”当做产品研制的主攻方向。那么,现在世界上主要有哪些种类的环保汽车呢?

电动汽车

电动汽车是指以车载电源为动力用电动机驱动车轮行驶,符合道路交通,安全法规各项要求的车辆。电动汽车本身不排放有害气体,即使按所耗电量换算为发电厂的排放量,除硫和微粒外,其他污染物也较少,电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时段富余的电力充电,使发电设备日夜都能充分利用。电动汽车的缺点是蓄电池单位重量储存的能量太少,且电池较贵。

混合动力汽车

混合动力汽车是使用多种能源动力的道路车辆这种汽车在使用传统燃料发动机驱动的同时增加了一个电力辅助驱动装置。这是因为遇到红灯和交通堵塞的时候,发动机没必要一直运转着,只需一个功率较小的发电机即可。

这时,使用电力辅助驱动装置就比较经济、现在的混合动力汽车多数以电动机推动能源则来自电池及内燃机。混合动力汽车电动机多数无须从电网上充电,且耗汽油较少,加速性能佳。并且,刹车时可以使用电动机将动能转化成电能为电池充电,充电后又可以用来驱动汽车。

燃料电池汽车

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