齒軌鐵路

齒軌鐵路是一種登山鐵路（日語：山岳鉄道）。一般鐵路可以攀爬的斜坡坡度約為4%至6%，間中亦可越過短的9%路段。齒軌鐵路在普通路軌中間的軌枕上，另外放置一條特別的齒軌。行走齒軌鐵路的機車，配備了至少一個齒輪，通過齒輪與齒軌的嚙合，克服了黏著力不足的問題，機車因此能夠爬上坡度達48%（約25.641度）的陡峭斜坡。

最斜的皮拉特斯鐵路，留意使用的Locher齒軌

齒軌鐵路運作

種類

左至右：Riggenbach, Strub, Abt, Locher齒軌

齒軌鐵路有以下幾類：

• Riggenbach 系統：使用形似梯子的齒軌——齒軌由多塊鋼板組成，中間每隔固定距離由圓柱連結。這種齒軌發明最早，缺點是製造及維護成本高昂，且轉轍器構造複雜。
  • 這種齒軌亦稱 Marsh 系統，因為美國人 Sylvester Marsh 同時在華盛頓山的登山鐵路中發明了相同的設計。

Riggenbach齒軌

Von Roll齒軌

• Abt 系統：得名於該系統的發明者——瑞士工程師卡爾·羅曼·阿布特（Carl Roman Abt）。1882 年，阿布特在鋼條上以機器銑切出垂直方向的齒槽，將兩到三條齒軌安裝在普通鋼軌之間，再將相鄰的齒軌錯開一段距離^[1]，由此設計出 Abt 系統。在 Abt 系統中，機車的動力齒輪由多組相互錯開的齒輪組成，一個齒輪組同時與多條齒軌持續嚙合^[2]；齒輪組可以裝在機車導向輪所在的車軸上，也可以獨立設置。西海岸荒野鐵路（West Coast Wilderness Railway）的蒸汽機車，以及尼爾吉裡山鐵路（Nilgiri Mountain Railway）的「X」級機車，均為設有獨立齒輪組的 Abt 系統機車。
  • 阿布特原先任職於里根巴赫（Riggenbach）位於奧爾滕（Olten）的工廠，以及由其發展而來的 IGB 齒軌機車公司；在設計出 Abt 系統之後，他於 1885 年創立了自己的公司。
  • 雖然 Abt 系統相較於 Riggenbach 系統，在同等長度之下齒軌重量較輕、建造成本較低，但 Riggenbach 系統更為耐磨^[3]。
  • 首先使用 Abt 系統的是德國的哈爾茨鐵路（Harzbahn），於 1885 年通車^[3]。日本鐵路橫川至輕井澤路段的碓冰峠於 1893 年使用 Abt 系統，而現在大井川鐵道的井川線仍在使用Abt齒軌系統。
• Strub 系統：與 Abt 系統類似，但只用一條較寬的齒軌。這種系統因為維修簡單，而越來越受歡迎。
• Locher 系統：該系統的齒軌將齒銑割在鋼軌的兩旁，而不是上方；機車則以兩個齒輪同時在左右兩側嚙合齒軌。這種齒軌不會出現齒輪跳出齒軌的情況，適合攀爬非常陡峭的斜坡。世界最陡峭的皮拉特斯山鐵路使用的就是這種齒軌。
• Von Roll 系統：得名於製造該系統的 Von Roll 公司。該系統可用作 Riggenbach 系統或 Strub 系統的替代品——三者的齒軌中，齒的形狀及比例基本相同，但 Von Roll 系統的製造相對容易。

有些鐵路使用的是齒軌與黏著組合驅動方式，只在陡峭的路段使用齒軌，其餘部分則跟常規的鐵路一樣。純粹使用齒軌的鐵路機車，動力都在齒軌輪上，其他車輪都只是跟隨著轉動，是不帶動力的。

機車

初期的齒軌鐵路使用蒸汽機車營運，其必須要經過大量改裝才能上線。與柴油或電力機車不同，蒸汽機車鍋爐內的水必須經常把熱水管及燃燒室璧覆蓋，否則燃燒的熱力會把這些部分燒熔或使其變軟，在壓力下發生斷裂，造成意外。對於坡度非常高的齒軌鐵路，機車的主體結構（包括鍋爐和駕駛室）會被造成向前傾的姿態，這樣當機車走到斜的鐵路上時，機車內部設施就變回接近水平了。這種機車不可以在水平的路段運作，機車所在的路線及維修廠都必須是斜的。

出於安全考慮，在純粹使用齒軌的鐵路上，機車必然是放在列車的尾端，把客車車廂向前推。機車都裝有強力的制軔剎車裝置，通常包括有鉗緊齒軌的鉗。部分的制軔裝置由速度控制，當車速太快時便自動啟動，以防滑溜。有些齒軌鐵路的機車及客車車廂之間是沒有接鉤的，只靠重力把客車車廂壓在機車上。

各國應用

瑞士的齒軌鐵路

齒軌鐵路的攀斜能力不及纜車，不過卻可以建成更長、或更複雜的路線。特別是齒軌與黏著組合驅動可以把平地及登山鐵路結合，乘客可以無需轉乘。有許多鐵道採用了齒軌鐵路系統：

• 美國新罕布殊爾州華盛頓山上的齒軌鐵路，採用Marsh系統，建於1869年，是唯一完全建於支架上的齒軌鐵路，全長5.2公里。
• 美國科羅拉多州Manitou and Pike Peak Railway，採用Abt系統。
• 瑞士伯恩高地少女峰鐵路，山上車站位於山體內，為歐洲最高車站。
• 瑞士伯恩高地溫根阿爾卑斯鐵路，世界最長的連續齒軌鐵路，全長19.11公里^[4]。
• 瑞士伯恩高地伯恩高地鐵路。
• 瑞士皮拉圖斯鐵路，最斜的路段達48％，是現今世界最斜的齒軌鐵路。
• 日本靜岡縣大井川鐵道井川線Abt市代站～長島壩站路段使用Abt系統。
• 日本群馬縣舊信越本線曾先後使用EC40型（日語：国鉄EC40形電気機関車）、ED40型（日語：国鉄ED40形電気機関車）、ED41型（日語：国鉄ED41形電気機関車）、ED42型電力機車並採用Abt式齒軌，該路段最大坡度為66.7‰，1963年7月啟用新路線後廢除。
• 中國都江堰至四姑娘山山地鐵路，建造中^[5]。

參見

• 往復式地面纜車