齿轨铁路

齿轨铁路是一种登山铁路（日语：山岳鉄道）。一般铁路可以攀爬的斜坡坡度约为4%至6%，间中亦可越过短的9%路段。齿轨铁路在普通路轨中间的轨枕上，另外放置一条特别的齿轨。行走齿轨铁路的机车，配备了一个或多个齿轮，跟齿轨啮合着行走。这样机车便能克服黏着力不足的问题，把列车拉上坡度达48%（约25.641度）的陡峭斜坡。

最斜的皮拉特斯铁路，留意使用的Locher齿轨

齿轨铁路运作

种类

左至右：Riggenbach, Strub, Abt, Locher齿轨

齿轨铁路有几种：

• Riggenbach系统使用形似梯子的齿轨——齿轨由多块钢板组成，中间每隔固定里程由圆柱连结。这种齿轨发明最早，缺点是比其他的系统复杂及昂贵。这种齿轨亦称Marsh系统，因为美国人Sylvester Marsh同时在华盛顿山的登山铁路中发明了相同的设计。

Riggenbach齿轨

Von Roll齿轨

• Abt 齿轨系统由瑞士工程师卡尔·罗曼·阿布特（Carl Roman Abt）发明。阿布特原先任职于里根巴赫（Riggenbach）位于奥尔滕（Olten）的工厂以及其后的 IGB 齿轨机车公司。阿布特在1885 年创立了自己的公司。在 19 世纪 80 年代初期，阿布特努力改进齿轨系统克服里根巴赫系统的限制－－齿轨制造与维护成本高昂，且转辙器构造复杂。1882 年，阿布特设计了一种新型齿轨，是在钢条以机器铣切出垂直方向的齿槽，将两到三条齿轨安装在普通钢轨之间，各组齿轮－齿轨的齿彼此错开。^[1] 这样在行走时，有多组齿轮－齿轨，可确保机车动力齿轮与齿轨之间保有持续的啮合。^[2] 齿轮可以装在普通铁轨车轮的轴上，也可以单独设置。西海岸荒野铁路（West Coast Wilderness Railway）的蒸汽机车以及尼尔吉里山铁路（Nilgiri Mountain Railway）的“X”级机车都采用独立的气缸来驱动齿轮。虽然Abt 系统比里根巴赫系统在同等长度之下齿轨重量较轻、建造成本较低，但里根巴赫系统更为耐磨。^[3]首先使用Abt系统的是德国的哈尔茨铁路（Harzbahn），于 1885 年通车。.^[3] 日本铁路横川至轻井泽路段的碓冰峠于1893年使用Abt系统，而现在大井川铁道的井川线仍在使用Abt齿轨系统。
• Strub系统与Abt类似，但只用一条较宽的齿轨。这种系统维修最简单，亦越来越受欢迎。
• Locher系统的齿是铣割在钢轨的两旁边，而不是上方。机车以两个齿轮同时在左右两侧啮合齿轨。这种齿轨不会出现齿轮跳出齿轨，适合攀爬特陡峭的斜坡。世界最陡峭的皮拉特斯山铁路使用的就是这种齿轨。
• Von Roll由Von Roll公司制造，齿的型状比例跟Riggenbach或Strub一样，但制作较为容易，被用作替代品。

有些铁路使用的是齿轨与黏着组合驱动，只在陡峭的路段使用齿轨，其余部分则跟常规的铁路一样。纯粹使用齿轨的铁路机车，动力都在齿轨轮上，其他车轮都只是跟随着转动，是不带动力的。

机车

初期的齿轨铁路使用的是蒸汽机车。这些机车必须要经过大量改装才能运作。与柴油或电力机车不同，蒸汽机车锅炉内的水必须经常把热水管及燃烧室璧覆盖。不然的话，燃烧的热力会把这些部分烧熔；或令它们变软，在压力下断裂，造成意外。

在坡度非常高的齿轨铁路，锅炉、驾驶室及车头主结构会被造成向前倾。这样当它们走到斜的铁路上时，便变回接近水平了。这种机车不可以在水平的路段运作，故此包括维修厂在内的整条线路都必须全是斜的。

为了安全原因，在纯粹使用齿轨的铁路上，机车必然是放在列车的尾端，把客车车厢向前推。机车都装有强力的制动刹车装置，通常包括有钳紧齿轨的钳。部分的制动装置由速度控制，当车速太快时便自动启动，以防滑溜。有些齿轨铁路的机车及客车车厢之间是没有接钩的，只靠重力把客车车厢压在机车上。

各国应用

瑞士的齿轨铁路

齿轨铁路的攀斜能力不及缆车，不过却可以建成更长、或更复杂的线路。特别是齿轨与黏着组合驱动可以把平地及登山铁路结合，乘客可以无需换乘。有许多铁道采用了齿轨铁路系统：

• 美国新罕布殊尔州华盛顿山上的齿轨铁路，采用Marsh系统，建于1869年，是唯一完全建于支架上的齿轨铁路，全长5.2公里。
• 美国科罗拉多州Manitou and Pike Peak Railway，采用Abt系统。
• 瑞士伯恩高地少女峰铁路，山上车站位于山体内，为欧洲最高车站。
• 瑞士伯恩高地温根阿尔卑斯铁路，世界最长的连续齿轨铁路，全长19.11公里^[4]。
• 瑞士伯恩高地伯恩高地铁路。
• 瑞士皮拉图斯铁路，最斜的路段达48％，是现今世界最斜的齿轨铁路。
• 日本静冈县大井川铁道井川线Abt市代站～长岛坝站路段使用Abt系统。
• 日本群马县旧信越本线曾先后使用EC40型（日语：国鉄EC40形電気機関車）、ED40型（日语：国鉄ED40形電気機関車）、ED41型（日语：国鉄ED41形電気機関車）、ED42型电力机车并采用Abt式齿轨，该路段最大坡度为66.7‰，1963年7月启用新线路后废除。
• 中国都江堰至四姑娘山山地铁路，建造中。^[5]

参见

• 往复式地面缆车