Зубчатые железные дороги — отличаются от обыкновенных тем, что на пути их, по средине между гладкими рельсами, уложена зубчатая полоса, с которой сцепляется зубчатое колесо локомотива. Возникновение З. железных дорог относится к началу этого столетия и связано с именами Треветика и Бленкинсона. Первый, изобретатель парового экипажа (см. Железные дороги), вколачивал по окружности колес своей машины гвозди, шляпки которых вдавливались при движении в деревянные брусья, поддерживавшие железные полосы пути. Это было в 1803 г., а в 1811 г. Бленкинсон построил близ Лидса первую действительную З. железную дорогу. Но как только убедились, что в пологих местах достаточно одного сцепления гладких колес с рельсами для передвижения весьма значительных тяжестей, опыты этого рода были оставлены, и для тяги железнодорожных поездов на крутых подъемах стали пользоваться более тяжелыми паровозами, постановкой позади поезда второго паровоза и пр. Эти меры, однако, имеют естественные пределы, за которыми прекращается их выгодность, так как с увеличением подъема пути быстро возрастает отношение веса паровоза, как двигателя, к полезному весу перемещаемого груза. Крайним подъемом, который может быть допущен на обыкновенной железной дороге с гладкими рельсами, считается 1:40. Для избежания чрезмерного удлинения линии и громадных расходов, вызываемых необходимостью соблюдения предельных уклонов в горных краях, прибегают к системе З. железных дорог. Через полстолетия после попытки Бленкинсона, Сильвестр Марш, в Америке, и по его следам Риггенбах, в Европе, стали вновь преследовать это дело. В 1869 г. Марш присутствовал при открытии проектированной им З. железной дороге на гору Вашингтон, с уклонами в 1:2,7; в 1870 г. Риггенбах получил разрешение на постройку З. железной дороги на гору Риги. Успех ее оказался блестящим, и скоро последовала постройка по этой системе железных дорог в разных местах. В следующей таблице приводится перечень некоторых З. железных дорог по системе Марша-Риггенбаха.
Звездочкой обозначены те З. железные дороги, на которых есть участки без З. полосы (смешанная система)
| Название З. железной дороги | Протяжение, км |
Наибольший подъем, % |
Ширина пути, м |
|---|---|---|---|
| Маунт Вашингтон, в Нью-Гемпшире (Сев. Ам.) | 5,3 | 37 | 1,435 |
| Каленберг, в Австрии | 5 | 11 | 1,435 |
| Арт-Риги, в Швейцарии | 9 | 21 | 1,435 |
| Рютли, в Швейцарии* | 0,5 | 10 | 1,435 |
| Фридрихсзеген, в Германии* | 2,5 | 10 | 1,000 |
| Грин-Маунт, в Мене (Сев. Ам.) | 6 | 25 | 1,435 |
| Петрополис, в Бразилии | 7 | 15 | 1,000 |
| Корковадо, в Бразилии | 3,5 | 30 | 1,000 |
| Рюдесгейм, в Германии | 2,4 | 20 | 1,000 |
| Дегерлох, в Германии | 2 | 17,2 | 1,000 |
| Закароц, в Венгрии* | 5,5 | 8 | 1,000 |
| Гайсберг, в Австрии | 5,5 | 25 | 1,000 |
| Ланжер, во Франции* | 1,5 | 17 | 1,000 |
| Суматра, на о-ве Суматре* | 30 | 12 | 1,000 |
| Брюниг, в Швейцарии* | 16 | 12 | 1,000 |
| Гелленталь, в Германии* | 35 | 5,3 | 1,435 |
На всех перечисленных в этой таблице железных дорогах З. полоса расположена по оси пути и составлена из двух металлических тетив коробчатого или углового сечения, между которыми закреплены зубцы в виде поперечных брусков. Зубцы паровозного колеса захватывают за эти бруски и, при вращении колеса машиною, передвигают паровоз вместе с поездом. З. лестница составляется из отдельных кусков длиной 3 м и весом около 50 кг. На Геллентальской З. железной дороге составные части З. полосы весят по 101 кг. В последнее время постройка железных дорог З. системы получила значительный толчок вперед, благодаря усовершенствованию в их устройстве, введенному швейцарским инженером Романом Абтом; это важное улучшение дало возможность укладывать зубчатку не только на коротких, исключительных линиях, имеющих сравнительно слабое и преимущественно пассажирское движение, но также и на более значительных железных дорогах, играющих роль транзитных путей с порядочным товарным движением. З. полоса в системе Абта составляется из нескольких, рядом положенных, плоских З. реек, крепко между собою сболченных и укрепленных на тех же поперечинах, на которых лежат путевые рельсы. Впадины и возвышения этих пилообразных реек между собой не совпадают, а взаимно передвинуты, так что, напр., в системе, составленной из трех зубчатых реек, каждая рейка сдвинута относительно соседней на одну треть шага. Соответственно этому и зубчатое колесо паровоза составлено из нескольких прочно скрепленных зубчатых дисков, зубцы которых вырезаны по профили реек. При движении паровоза на подъеме эти три системы действуют таким образом, что в то время, когда зубец одного диска, занимая низшее положение, совершенно заполняет впадину рейки, передний зубец второй системы сцепился уже с рейкой на одной трети своей длины, а ближайший задний зубец третьей системы, развертываясь вверх, выходит на одну треть из впадины. Очевидно, что, вследствие этого, при разных фазисах сцепления, колесо находит в рейке совершенно прочную опору, и движение происходит плавно и без толчков. Такое устройство весьма выгодно также с точки зрения безопасности. В паровозе системы Абта механизм для движения зубчатого колеса совершенно отделен от механизма, приводящего в движение боковые ведущие колеса паровоза. Поэтому при прохождении поезда на участках, где нет З. полосы, паровоз работает в обыкновенных условиях, как на прочих железных дорогах, и зубчатое колесо пускается в действие только на сильных подъемах, где уложена зубчатка, в помощь к обыкновенной движущей машине. Многосторонние достоинства системы Абта имели последствием, что в короткое время в разных частях света построены железнодорожные линии, на трудных участках которых уложена зубчатка Абта. Следующая таблица содержит важнейшие данные о некоторых железных дорогах системы Абта, а также год их постройки.
| Название дороги | Год постройки |
Ширина пути, м |
Длина | Наибольший подъем на участках |
Наименьший радиус на зубчатом участке | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| всей линии, км |
зубчат. участк., км |
С зубчаткой |
Без зубчатки | ||||
| Гарцская, в Германии | 1884—85 | 1,435 | 30,5 | 7,5 | 6,0% | 2,5% | 200 |
| Пуэрто-Кабелло, в Венесуэле | 1886 | 1,067 | 3,8 | 3,8 | 8,0 | — | 125 |
| Монте-Дженерозо, в Швейцарии | 1889—90 | 0,800 | 9,0 | 9,0 | 22,0 | — | 60 |
| Рама-Сераево, в Боснии | 1890 | 0,760 | 68,0 | 19,5 | 6,0 | 1,5 | 125 |
| Эйзенерц-Фордернберг, в Австрии | 1890 | 1,435 | 21,0 | 14,5 | 7,1 | 2,5 | 180 |
| Манитоу, Пайкс-Пик, в Колорадо (Сев. Ам.) | 1890—92 | 1,435 | 14,2 | 14,2 | 25,0 | — | 100 |
| Трансандийская, в Чили и Аргентинской респ. | 1890—91 | 1,000 | 50,0 | 28,0 | 8,0 | 2,5 | 200 |
| Диакофто-Калаврита, в Греции | 1890—91 | 0,750 | 23,0 | 3,6 | 14,5 | 3,5 | 50 |
| Ротгорн, в Швейцарии | 1891 | 0,800 | 7,5 | 7,5 | 25,0 | — | 60 |
| Сан-Доминго, в Вест-Индии | 1891 | 0,765 | 36,0 | 6,4 | 9,0 | 4,0 | 100 |
| Мон-Салев, во Франции | 1891—92 | 1,000 | 9,0 | 9,0 | 25,0 | — | 35 |
| Вами-Тоге, в Японии | 1891—92 | 1,067 | 20,0 | 8,5 | 6,7 | 2,5 | 260 |
| Монсерра, в Испании | 1891—92 | 1,000 | 8,0 | 8,0 | 15,0 | — | 80 |
Как видно из этой таблицы, З. железные дороги строятся в настоящее время с подъемами до 25%, однако, для дорог с большим пассажирским и грузовым движением, не следует применять подъемы круче 6—7%. На таких дорогах скорость движения может доходить до 25 км в час, а наибольший вес поезда достигнуть (на Гарцской жел. дор.) 148 тонн, при весе паровоза, подталкивающего поезд сзади, в 61 тонну. В России пока нет З. железных дорог. Проекты применения системы Абта для постройки железной дороги, в связи с климатической лечебной станцией на горе Магаби, в Крыму, а также для проведения рельсового пути через Кавказский хребет не нашли сочувствия. С точки зрения будущей постройки З. железных дорог в горных местностях России представляется интересным вопрос об эксплуатации их в зимнее время. Гарцская железная дорога работает уже десятый год, летом и зимой, без всякого перерыва. На Боснийской железной дороге чрез гору Иван в зиму 1893—94 г. были заносы снегом высотой до 1 м, при чем движение поддерживалось предварительной расчисткой пути помощью паровоза с снегоочистителем. Вообще как на Гарцской, так и на Боснийской железных дорогах замечено, что на З. участках происходило регулярное движение в то время, когда на железных дорогах в долине, по причине заносов, приходилось прекращать движение на несколько дней. Только падение лавин и завалы, как и вообще на всех горных железных дорогах, могут временами вызвать серьезные задержки в движении по З. железной дороге.
Литература о З. железных дорогах разбросана в периодических технических изданиях; наибольшее число статей можно найти в английских «Engineer» и «Engineering», франц. «Génie Civil», немецких «Organ für die Fortschritte des Eisenbahnwesens» и «Zeitschrift für Bauwesen» и проч. Последние результаты об эксплуатации З. железных дорог собраны в мемуаре: «Experiences in the Operation of Rack Railways. By Albert Schneider Presented at the Chicago Meeting (Juli, 1893) of the American Society of Mechanical Engineers». См. также «Зубчатые дороги системы Абта» («Журнал Мин. Путей Сообщения», 1891), где приведена и литература.