火车空气制动机原理

1814年，英国的史蒂芬森发明了火车，距今已有200多年的历史了。早期的火车，速度虽然不是很快，却是人类交通运输史上的一次伟大飞跃。当时的速度只有每小时60千米，但要把它停下来却还是很麻烦的。火车的制动装置非常落后，每节车厢有一个单独的制动器，需要按闸时，司机首先用汽笛发出信号，再由专门的制动员按下机械闸，又笨又费力，效果很不好，虽然火车司机不停地发出汽笛信号，请求按闸，可是机械闸不可能同时按下，火车只是稍微减了一下速度，仍然继续行使。所以，撞人撞车、人伤车翻的事故时有发生。年轻的美国发明家威斯汀豪斯曾经目睹过火车脱轨、撞得人仰马翻的惨剧。

1867年，曾在美国军队里当过助理工程师的威斯汀豪斯，正在从事铁路机械的研究。他看到这个非常不安全的“踏着轮子的混世魔王”，决心要制造出一种高效率的火车制动器，造福于人类。

威斯汀豪斯于1846年出生在美国纽约的中央桥（Central Bridge），父亲是一个农业机械厂的老板，他从小就在父亲的影响下喜欢机械技术。1863年，他参加了北部军队，奔赴南北战争的前线。后来他进了联邦大学学习了两年，毕业后立即完成了自己的第一项发明，即发明了使脱轨的货车返回原道上的装置，从年轻时起，他就显示了一个天才发明家的才能。

威斯汀豪斯开始试制新型的火车制动器。他想：蒸汽火车是由蒸汽推动的，能否用蒸汽来制动刹车呢？经过一番努力，威斯汀豪斯制成了一台蒸汽制动器，安装在火车上进行试验。结果却失败了。原因有两个：一是蒸汽在长长的管道里容易冷却，二是蒸汽一压缩就要凝结成水而失去效力。威斯汀豪斯的脑海里整天都在思考着关于制动器的问题，几乎所有的事物都和制动器联系起来。他的头脑处于高度紧张思考的状态。

1868年的一天，威斯汀豪斯随意翻阅《生活时代》（Living Time）报纸，其中有一条关于凿岩机情况的报道。那是在法国蒙塞尼山开凿隧道，用凿岩机在岩石上打洞，凿岩机是用压缩空气推动的。报道详细地描述了整个过程。威斯汀豪斯眼前突然一亮，马上联想到自己日思夜想的火车制动器。既然压缩空气可以推动凿岩机，为什么不能作为制动器的动力呢？威斯汀豪斯受到了很大的启发，如果能够把推动凿岩机的压缩空气移植到火车制动器上，就可以解决这个问题了。

说干就干，威斯汀豪斯立即着手进行实验。不久，他设计出一台新的制动器。在火车上安装一台空气压缩机，由火车带动运转，将压缩空气送入储气罐中。使用时，只要一按闸就可以方便地打开阀门，压缩空气通过管路迅速通到各个车厢的汽缸里，汽缸的活塞马上就将刹车闸瓦紧紧地压在车轮上，只要压缩空气的压力足够大，就可以产生强大的制动力，使飞速疾驶的火车迅速停下来。

1868年10月，威斯汀豪斯请来各个铁路公司的专家，公开试验空气制动器的效果。他亲自驾驶一列以每小时65千米速度前进的火车，准备到下一站进行刹车试验，可是发生了一场意想不到的事情。路上一匹拉车的马在火车汽笛的的尖叫声中受到惊吓，马突然窜上铁路，马车翻倒在铁轨上。乘坐在火车上的铁路专家们一个个都大惊失色，连威斯汀豪斯也都把心提到了嗓子眼，这可是检验空气制动器效果的最好时机。大家都知道，距离只有这么近，刹车已经来不及了。就在大家认为又要发生一起惨剧的危急关头，奇迹发生了。驾驶火车的威斯汀豪斯打开了空气制动器的阀门，火车一阵震动，平稳而又迅速地停了下来，距离马车只有3米远。一场可怕的事故避免了，威斯汀豪斯发明的空气制动器经受住了考验，他取得了成功，得到了在座的所有铁路专家的一致称赞。1869年，年仅23岁的威斯汀豪斯取得了空气制动器的发明专利，组成了专门生产制动器的公司，开始进行标准化批量生产。

威斯汀豪斯发明的空气制动器操作方便，性能可靠，首先在美国国内和加拿大推广应用，以后又迅速推广到全世界。时至今日，火车上仍然使用着这种空气器制动器。后来稍加改造，这种制动器又推广到汽车上。在100多年中，空气制动器不知道避免了多少次行车事故，车轮底下不知道救出多少人的性命。它在铁路安全运行史上树立了一座辉煌的里程碑。威斯汀豪斯在发明了空气制动器以后，又继续发明了用于铁路安全的新型转轨器和信号装置。由于这些卓越的发明，因此，他和当时美国伟大的发明家爱迪生齐名。1884 年，他创立了威斯汀豪斯公司，聘用当时国内一大批杰出的科学家、发明家和工程师，如斯坦利、斯特拉等人，从事交流电的研究，终于击败了爱迪生公司，第一个实现了长距离高压输电，建立了完整的交流电网系统，揭开了人类历史上电气化时代的序幕。

从威斯汀豪斯发明空气制动器的成功范例中，我们可以得到以下几条有益的经验。

1.要具有强烈的创造和成功的欲望。这就是说，要使自己进入一个忘我的创造境界，并且相信自己一定能够成功。坚持深入持久的实验和探索，哪怕是数次失败，也要锲而不舍。如是者，则金石可镂也。实践证明，威斯汀豪斯正是经历了许多次失败之后，继续坚持不懈地探索新的途径，研究设计新的方案，最终取得成功的。

2.要善于联想。科学研究表明，当一个人的头脑处于高度紧张的状态时，周围发生的一切事件都可能同正在思考的问题联系起来。威斯汀豪斯就是在看到了报刊上关于空气凿岩机的详细报道后，联想到火车刹车制动器，才产生了灵感的。根据威斯汀豪斯的知识和智力，如果他当时未曾看到过关于空气凿岩机的报道，而知道压缩空气的原理，可以肯定地说，他也能够研究发明出来空气制动器，可能经历的过程要复杂和曲折。可见联想在科学家成功之路上是很重要的一环，联想等于给科学家原来就很聪明的头脑插上科学想象的翅膀。

3.正确地运用科学的方法。威斯汀豪斯之所以能够成功地发明空气制动器，除了上述原因之外，关键在于他运用了科学的移植方法。压缩空气作为动力的原理早已知道，压缩机也早已发明，为什么别人未能完成这个发明呢？原因就是他们未能运用科学的移植方法。大多数新发现和新发明都可以应用到许多新的其他领域，不过这种潜在的应用价值往往很难被人们发现。所以，正确地选择和运用科学的方法尤为重要。不管是在科学技术水平不甚发达的过去还是高度发达的今天，概莫能外。这就要求科学家应该具有比较广博的知识，能够触类旁通，举一反三，这样才能做出重大的发现。