齒軌鐵路

齒軌鐵路是一種登山铁路（日语：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，通过齿轮与齒軌的嚙合，克服了黏著力不足的問題，机车因此能够爬上坡度達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

齒軌鐵路有以下几类：

• 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，缺點是制造及維護成本高昂，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：得名于该系统的发明者——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，再将相邻的齒軌錯開一段距离^[1]，由此设计出 Abt 系统。在 Abt 系統中，機車的動力齒輪由多组相互错开的齿轮组成，一个齒輪组同时與多条齒軌持續嚙合^[2]；齒輪组可以裝在机车导向轮所在的车軸上，也可以独立設置。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，均为设有独立齿轮组的 Abt 系統机车。
  • 阿布特原先任職於里根巴赫（Riggenbach）位於奧爾滕（Olten）的工廠，以及由其发展而来的 IGB 齒軌機車公司；在设计出 Abt 系统之后，他于 1885 年創立了自己的公司。
  • 雖然 Abt 系統相较于 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 系统類似，但只用一條較寬的齒軌。這種系統因为維修簡單，而越來越受歡迎。
• Locher 系統：该系统的齿轨将齒銑割在鋼軌的兩旁，而不是上方；機車则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况，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 系统：得名于製造该系统的 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，齒的形状及比例基本相同，但 Von Roll 系统的制造相对容易。

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运营，其必須要經過大量改裝才能上线。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，否则燃燒的熱力會把這些部分燒熔或使其變軟，在壓力下发生斷裂，造成意外。对于坡度非常高的齒軌鐵路，机车的主体結構（包括鍋爐和駕駛室）會被造成向前傾的姿态，這樣當机车走到斜的鐵路上時，机车内部设施就變回接近水平了。這種機車不可以在水平的路段運作，机车所在的路線及維修廠都必須是斜的。

出于安全考虑，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動刹車裝置，通常包括有鉗緊齒軌的鉗。部分的制動裝置由速度控制，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鈎的，只靠重力把客車車廂壓在機車上。

各国应用

瑞士的齒軌鐵路

齒軌鐵路的攀斜能力不及缆车，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，乘客可以無需換乘。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。
• 中国都江堰至四姑娘山山地铁路，建造中^[5]。

參見

• 往复式地面缆车