Rack railway steam locomotive

Rack railway steam locomotive

本文取材自世界的蒸汽火車交通科學技術博物館數位資料庫

傳統鐵路的鋼軌為粘著式(Adhesion)，但是登山鐵路為了攀越陡坡，容易輪軌滑動，為了安全起見，故增加蒸汽火車的動輪數。但是，如果坡度超過某種極限，就已經不是增加蒸汽火車的動輪數所能解決了。

於是鐵路工程師想到一種辦法，在軌道間鋪設鋼枕，並架設齒軌(Rack)，輪軸間加裝齒輪(Cog)加以咬合，上山時可獲得有效的推力，下山時可避免急速下滑，故名Rack railway (Cog rail)。一般而言，鐵路超過千分之90以上的坡度才採用齒軌，但是代價是為了安全，蒸汽火車速度變慢，車廂數目與編組重量都變小。

世界上最早發明的齒軌類型為RIGGEN BACH，用於1871年歐洲最早的齒軌鐵道瑞士的Rigi Bahn。

不過，美國華盛頓山登山鐵路Mount Washington Railway，卻是率先使用RIGGEN BACH，成為全世界第一條的齒軌登山鐵路，1869年在新罕布夏州New Hampshire營運，兩年後1871年，歐洲第一條齒軌登山鐵路，瑞士的RigiBahn才開始營運。齒軌的蒸汽火車實驗成功，有著劃時代的意義。

後來齒軌構造不停的改良，也依其發明者姓名加以命名。依照不同的齒軌構造，目前共有RIGGEN BACH, ABT, STRUB, ROCHERS四種，分類如下：

第一類 RIGGEN BACH式齒軌

RIGGEN BACH齒軌兩側有護鈑，中間為鋼條為其特徵。這是最早用於標準軌的版本，如果是窄軌，運作可能比較不利。

第二類 ABT式齒軌

ABT雙排齒條彼此相差交錯為其特徵，應用最為廣泛。由於齒條交錯，如果齒輪有磨損，也比較不必擔心發生咬合失敗的情形。

第三類 STRUB式齒軌

STRUB構造最簡單，單排齒條形同拉鍊為其特徵。這是齒輪與齒條都經過強化，煉鋼技術也進步，可以說是後期比較成熟的版本。

第四類 ROCHERS式齒軌

ROCHERS雙排齒條結合雙咬合輪，非常的少見，世界上僅以瑞士Pilatus Bahn為代表。可以達到千分之480的超大坡度。

齒軌堪稱為人類鐵道史上不朽之創意，不過，如果登山鐵路設計為齒軌結構，速度會變慢，運量也會變小，這是它的缺點。而且這種技術具有強烈的技術排他性，馬蹄彎與螺旋線兩種工法幾乎就不必採用。這也是阿里山鐵路採用馬蹄彎與螺旋線的結構，就不必使用齒軌的關鍵因素。

Rack railway steam locomotive 齒軌蒸汽火車這種技術，可以克服鐵路的大坡度，讓火車登上山去，製造商以瑞士鐵路製造公司SLM為代表，創造各類齒軌蒸汽火車，於是往後四十年之內，全球的齒軌登山鐵路，如雨後春筍般發展，從歐洲分佈到全球。例如瑞士1871年Rigi Bahn為歐陸第一條，瑞士鐵路製造公司SLM從此聲名大噪。瑞士馬特杭峰登山鐵道GGB，直衝海拔3089公尺之雲霄。而印度尼吉里登山鐵路Nilgiri Mountain Railway，使用SLM 的X class齒軌蒸汽火車，該鐵路在2005年被聯合國登錄為世界文化遺產。