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，配备了至少一个齿轮，通过齿轮与齿轨的啮合，克服了黏着力不足的问题，机车因此能够爬上坡度达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

齿轨铁路有以下几类：

• 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，缺点是制造及维护成本高昂，且转辙器构造复杂。
  • 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 系统：得名于该系统的发明者——瑞士工程师卡尔·罗曼·阿布特（Carl Roman Abt）。1882 年，阿布特在钢条上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，再将相邻的齿轨错开一段距离^[1]，由此设计出 Abt 系统。在 Abt 系统中，机车的动力齿轮由多组相互错开的齿轮组成，一个齿轮组同时与多条齿轨持续啮合^[2]；齿轮组可以装在机车导向轮所在的车轴上，也可以独立设置。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，均为设有独立齿轮组的 Abt 系统机车。
  • 阿布特原先任职于里根巴赫（Riggenbach）位于奥尔滕（Olten）的工厂，以及由其发展而来的 IGB 齿轨机车公司；在设计出 Abt 系统之后，他于 1885 年创立了自己的公司。
  • 虽然 Abt 系统相较于 Riggenbach 系统，在同等长度之下齿轨重量较轻、建造成本较低，但 Riggenbach 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 系统类似，但只用一条较宽的齿轨。这种系统因为维修简单，而越来越受欢迎。
• Locher 系统：该系统的齿轨将齿铣割在钢轨的两旁，而不是上方；机车则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的情况，适合攀爬非常陡峭的斜坡。世界最陡峭的皮拉特斯山铁路使用的就是这种齿轨。
• Von Roll 系统：得名于制造该系统的 Von Roll 公司。该系统可用作 Riggenbach 系统或 Strub 系统的替代品——三者的齿轨中，齿的形状及比例基本相同，但 Von Roll 系统的制造相对容易。

有些铁路使用的是齿轨与黏着组合驱动方式，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蒸汽机车运营，其必须要经过大量改装才能上线。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，否则燃烧的热力会把这些部分烧熔或使其变软，在压力下发生断裂，造成意外。对于坡度非常高的齿轨铁路，机车的主体结构（包括锅炉和驾驶室）会被造成向前倾的姿态，这样当机车走到斜的铁路上时，机车内部设施就变回接近水平了。这种机车不可以在水平的路段运作，机车所在的线路及维修厂都必须是斜的。

出于安全考虑，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