Экспериментальная надземная железная дорога Джозефа Мейгса

Введение

Мегс Элевативная железная дорога была экспериментальной, но неудачной городской системой скоростного транспорта на паровой тяге, построенной в 19 веке. Её часто описывают как монорельс, но технически она предшествовала электрической третьей рельсовой системе. Её изобретателем был Джосайя Винсент Мейгс (также известный как Джо Мейгс или Джо Винсент Мейгс) из Лоуэлла, штат Массачусетс. Демонстрация системы проходила с 1886 по 1894 год в пригороде Бостона под названием Ист-Кембридж.

Джо Мейгс

Джозиа Винсент Мейгс, которого звали "Джо", родился в состоятельной и влиятельной семье профессионалов в Нэшвилле, штат Теннесси (его отец, адвокат, был другом Авраама Линкольна). Он служил капитаном армии Союза во время Гражданской войны в США и лично обратился к президенту Линкольну с просьбой разрешить сформировать отряд темнокожих солдат для артиллерийской батареи, укомплектованной цветными. Это был первый подобный отряд, принявший участие в войне. После войны он работал адвокатом в Вашингтоне. Там он сблизился с другим ветераном, генералом Бенджамином Батлером, и они вместе переехали в Лоуэлл, штат Массачусетс, где построили соседние дома. Батлер стал влиятельным политическим деятелем штата и впоследствии, с 1882 года, занимал должность губернатора. Джо Мейгс проявил себя как талантливый изобретатель и был конструктором винтовки Мейгса, а также получил несколько патентов на огнестрельное оружие. В переписи населения США 1880 года и в городском справочнике Лоуэлла 1889 года его профессией был указан изобретатель.

Компания

Джо Мейгс разработал свою систему скоростного транспорта в начале 1870-х годов и запатентовал её в 1875 году. Для сравнения, в 1872 году в Англии была построена узкоколейная подвесная железная дорога в Алдершоте. Благодаря использованию своих связей в Массачусетсе, он привлек существенную поддержку, включая поддержку своего друга генерала Батлера. Так, они основали компанию Meigs Elevated Railway Company, назначив Батлера президентом в 1881 году. Компания разместилась по адресу 225 Бридж-стрит (ныне Моссеньор О'Брайен Хайвей) в Восточном Кембридже, на участке в промышленной зоне, ранее занимаемой предприятиями Bay State Glass Company. Затем компания начала лоббировать получение государственной хартии, чтобы получить разрешение на строительство линий скоростного транспорта на улицах Бостона и его пригородов. В конечном итоге компания была зарегистрирована в соответствии с законодательством штата в 1884 году. Авторизованный уставный капитал составлял 200 000 долларов США (около 5 000 000 долларов США по курсу 2020 года). Однако компания ещё не имела права на открытое строительство, поскольку устав требовал одобрения Бостонского городского совета для любых строительных работ в пределах города. Вместо этого, ему было разрешено построить короткую экспериментальную линию на территории Восточного Кембриджа. В тексте содержалось следующее положение:

Не будет подаваться прошение о выделении места для путей в городе Бостоне, пока не будет построено и запущено в эксплуатацию как минимум одна миля дороги, и пока безопасность и прочность конструкции, подвижного состава и тяговых средств не будут изучены и одобрены советом комиссаров железных дорог или компетентным инженером, назначенным ими. Мейгс доработал свой проект и получил новый патент в 1885 году.

Продвижение

В ночь на 4 февраля 1887 года произошел пожар, предположительно вызванный поджогом, который уничтожил вагонное депо Мигса и сжег экспериментальный вагон. Локомотив и тендер удалось спасти. Сохранилась фотография ущерба, который, по утверждению Мигса, составил 10 000 долларов (250 000 долларов в пересчете на 2020 год). Мигс написал подробное описание функционирования его городской транспортной системы, снабдив его схемами и статистическими данными, и назвал его «Железнодорожная система Мигса: обоснование отклонений от общепринятой практики». Эта работа была опубликована позднее в 1887 году, а в 1888 году последовала за ней изданная частным образом брошюра «Механика железной дороги Мигса». Однако ни одна компания городского скоростного транспорта за пределами Бостона не использовала эту систему. Железная дорога Лейк-стрит Элеватед в Чикаго планировала использовать ее при основании в 1888 году, но изменила свою политику и остановилась на традиционном проекте перед началом строительства. В том же году в Париже, Франция, была опубликована работа Шарля Тириона под названием «Новая система воздушной монорельсовой железной дороги», однако она не получила развития. В этой книге зафиксировано одно из первых употреблений термина «монорельс» для описания данной системы. Также в 1888 году был продлен устав штата Массачусетс, но в декабре того же года в Бостоне открылась первая линия электрического трамвая. Экспериментальное предприятие в Ист-Кембридже было законсервировано в 1891 году. Мигс продолжал лоббировать строительство линии своей системы между Бостоном и Кембриджем, но негативно относился к новой электрической тяге. В 1893 году он опубликовал брошюру под названием «Истинный скоростной транспорт», в которой отвергал как строительство метро, так и использование электричества, утверждая, что паровые двигатели более экономичны. В апреле того же года экспериментальный поезд из Кембриджа совершил единственную пробную поездку, которая стала для него последней. Линия была разобрана в 1894 году, не из-за неудачи, а потому, что выполнила свою задачу, и Мигс ожидал скорого начала строительства линии Бостон – Кембридж. Окончательный крах Железной дороги Мигса Элеватед был связан с отказом бостонских инвесторов. Когда Бостонская поднятая железная дорога вернулась к традиционной схеме, проблема с финансированием была решена, и первый участок поднятой линии был открыт в 1901 году. Джо Мигс умер от инсульта у себя дома в Чарльстауне в 1907 году и был похоронен в соответствии с обрядами унитарианской церкви.

A fire, supposedly the result of arson, broke out on the night of February 4, 1887, and destroyed Meigs's car shed as well as burning out the experimental coach. The locomotive and tender escaped. A photo survives of the damage, which Meigs claimed amounted to $10,000 ($250,000 in 2020 values). Meigs wrote an extensive explanation of how his urban transit system would function, complete with diagrams and statistics, and entitled it The Meigs Railway System: The Reasons For Its Departures From The Ordinary Practice. The work was published later in 1887, and followed by a privately published booklet, The Mechanics of the Meigs Railway, in 1888. However, no urban rapid transit company outside the Boston area made use of the system. The Lake Street Elevated Railroad of Chicago intended to use it when chartered in 1888, but changed its policy and settled on a conventional design before beginning construction. Some international interest was demonstrated in the same year by the publication in Paris, France of a work by Charles Thirion entitled Nouveau Système de Chemin de Fer Aérien Monorail. Nothing came of this, either. This book shows an early use of the term "monorail" to describe the system. Also the Massachusetts charter was renewed in 1888, but in December of that year the first electric streetcar line in Boston was opened. The experimental establishment at East Cambridge was mothballed in 1891. Meigs continued campaigning for a line of his system from Boston to Cambridge, but was hostile to the new electric traction. In 1893, he published a booklet entitled True Rapid Transit wherein he rejected both the building of subways and the use of electric power, insisting that steam engines were more economical. In April of that year, the Cambridge experimental train made a single trial trip which was its last. The line was dismantled in 1894, not because of failure but because it had performed its function and Meigs expected to begin construction of a Boston to Cambridge line soon. The final failure of the Meigs Elevated Railway was owing to its being rejected by Boston investors. When the Boston Elevated Railway reverted to a conventional layout, the money problem went away and the first stretch of elevated line was opened in 1901. Joe Meigs died of a stroke at home in Charlestown in 1907, and was buried according to the rites of the Unitarian Church.

Память

Система Meigs включала два нижних несущих рельса и центральный захватный тяговый рельс, но в опубликованных источниках её часто ошибочно называли монорельсом, хотя таковой она не являлась. Она имеет некоторое внешнее сходство с монорельсом Лартига, который, в отличие от системы Meigs, имел центральный несущий рельс и два нижних направляющих рельса. В 1876 году Кембриджская историческая комиссия начала кампанию по установке голубых овальных исторических маркеров на зданиях, расположенных на местах, имеющих историческое значение. Один из таких маркеров был установлен на старом здании компании Genoa Packing Company, не по адресу 225 (где находится здание Alles), а по адресу 221, рядом с ним. Здание было снесено в 2013 году и заменено отелем Fairfield Inn & Suites, входящим в сеть Marriott. Маркер не был возвращён на место и в списках комиссии числится как "маркер в настоящее время не установлен". Текст на нём гласил: "Экспериментальная железная дорога Meigs. Джозеф В. Meigs, изобретатель и предприниматель, успешно испытал паровой надземный поезд, предназначенный для использования в системе скоростного транспорта Бостона. 1886 год". Обширная коллекция документов и чертежей Джо Meigs, относящихся к этой системе, а также его переписка и генеалогические материалы хранятся в отделе рукописей и архивов Мемориальной библиотеки Стерлинга Йельского университета. Один из его ранних блокнотов, датированный 1854–1866 годами, содержит ранние эскизы деталей системы и входит в состав коллекций библиотек MIT.

Трехрельсовая система Макке

Система Мейгса имела трехрельсового конкурента, предложенного для Бостона в период с 1888 по 1891 год и обсуждавшегося законодательным собранием штата Массачусетс. В отличие от системы Мейгса, демонстрационная линия так и не была построена. Она включала в себя две несущие рельсы и третью тяговую рельсу, расположенную в углублении между ними, с вертикальными ведущими колесами, закрепленными на рельсах посредством охватывающих фланцев.

Обзор

Блокированные цитаты в следующем описании взяты из статьи Scientific American 1886 года, и описание основано на ней. Основной принцип проектирования системы заключался в том, чтобы сделать занимаемую улицей площадь линии как можно более узкой, чтобы уменьшить проблему затенения, создаваемую обычными городскими эстакадными железными дорогами. Это подразумевало использование одного ряда железных столбов переменной высоты, соединенных одиночными горизонтальными балками. На этих балках располагались пара несущих рельсов, расположенных близко друг к другу. Между рельсами стоял ряд коротких столбов, на которых крепился толстый третий рельс. Каждый элемент подвижного состава (локомотив, тендер или пассажирский вагон) имел два тележки (bogies), каждая с четырьмя колесами. Эти колеса были наклонены внутрь для контакта с несущими рельсами. Кроме того, каждая тележка была оснащена парой горизонтальных пружинных захватных колес, которые прижимались к центральному верхнему рельсу. В немоторизованных вагонах они обеспечивали устойчивость и торможение, а в локомотиве – дополнительный привод. Этот центральный рельс не был несущим. Механизм захвата позволял поездам преодолевать крутые уклоны. Подвижной состав, включая локомотивы, имел форму горизонтальных цилиндров с округленными краями. Это был ранний пример намеренного конструктивного решения, направленного на обтекаемость, которое использовалось в рекламных материалах:

Эта система применима как для наземных, так и для эстакадных железных дорог. Она дешевле в строительстве, чем обычная дорога, поскольку конструкция подвижного состава позволяет более точно повторять рельеф местности. В качестве эстакадной дороги в городах постоянная конструкция создает гораздо меньше препятствий для света и воздуха, чем обычно. Центр тяжести вагонов и локомотива опущен как можно ниже, что снижает влияние рычага, создаваемого давлением ветра. Гладкая, ровная поверхность внешней стороны всего поезда уменьшает сопротивление ветру и позволяет развивать высокую скорость.

Постоянный способ

Следующее описание относится к ожидаемой стандартной железной конструкции. Как показала экспериментальная линия, значительная часть конструкции могла быть заменена деревом (брусом). Полые железные опорные столбы состояли из двух С-образных балок, соединенных друг с другом двумя обжимными полосами. Спецификации по поперечному сечению не были даны, "которое может варьироваться в зависимости от местоположения", но предлагался стандартный столб высотой 20 футов (6 метров), из которых 6 футов (1,8 метра) находились под землей на фундаменте, соответствующем местной геологии, и 14 футов (4,3 метра) – над землей, плюс дополнительные 4 фута (1,2 метра), занятые полотном пути наверху. Эти столбы должны были быть отдельно стоящими, без подпор. Полотно пути, по которому должны были следовать поезда, состояло, во-первых, из ряда одиночных железных несущих балок, установленных на вершинах столбов. На этих балках располагался ряд более узких одиночных балок или рельсовых балок (так называемых), к которым должны были крепиться несущие рельсы. Пара U-образных балок, направленных вверх, крепилась к бокам каждой рельсовой балки и заполнялась продольными деревянными брусьями. Верхние внешние края брусьев были скошены под углом 45 градусов, а рельсы крепились к этим скошенным поверхностям под тем же углом. Рельсы, брусья и рельсовые балки соединялись едиными болтами, проходящими насквозь. Расстояние между внешними краями несущих рельсов составляло 22,5 дюйма (57 см). Несущие балки также не имели подпорок. Рельсовые балки прерывались короткими стойками высотой 42 дюйма (107 см), установленными на несущих балках и поддерживающими центральный тяговый рельс (также называемый верхней рельсовой балкой), который имел толщину 17,5 дюйма (44,5 см). Эта толщина включала железные полосы, заменяемые при износе, которые крепились по бокам, образуя прорезь вдоль нижней части каждой стороны. Фланцы горизонтальных захватных колес вставлялись в эти прорези. Опорные стойки дополнялись диагональными фермами, как видно на фотографиях экспериментальной линии. На экспериментальной линии не было стрелочных переводов, поэтому они встречаются только в чертежах. Предусматривалась конструкция разводного моста:

The following description is for the expected standard iron construction. As the experimental line demonstrated, much of the construction could have been replaced with wood (timber). The hollow iron support pillars were made up of two C shaped bars, back to back and bolted together with two strap bars. No specifications were given for the cross section, "which may be varied as demanded by location", but a standard pillar was suggested at 20 feet (6 metres) comprising 6 feet (1.8 metres) underground on foundations specified for the local geology and 14 feet (4.3 metres) clear, with an additional 4 feet (1.2 metres) occupied by the permanent way at the top. These pillars were to be free standing, not stayed. The permanent way on which the trains were to run consisted, firstly of a line of single iron structural support girders on the tops of the pillars. On top of these was a line of narrower single girders or track beams (so called) to which the load bearing rails were to be fixed. A pair of U shaped girders, facing upwards, was bolted to the sides of each track beam, and filled with longitudinal baulks of timber. The upper outer edges of the baulks were beveled at 45 degrees, and the rails fixed to the bevel surfaces so as to be angled out at the same inclination. The rails, baulks and track beam were fastened together with single bolts passing clear through. The gauge of the load bearing rails was 22.5 inches (57 cm) between the outer edges. The support girders were not stayed, either. The track beams were interrupted by short posts 42 inches (107 cm) high and sitting on the support girders, and bearing the central traction rail (also referred to as the upper track beam) which was a girder 17.5 inches (44.5 cm) thick. This thickness included iron straps, replaceable when worn, which were fixed along the sides so as to leave a slot along the bottom of each side. The flanges of the horizontal gripper wheels fitted into these slots. The support posts were supplemented by diagonal trusses, as seen in photos of the experimental line. The experimental line did not feature junction arrangements, so these only appear in print. A swing bridge arrangement was envisaged:

Стрелочный перевод формируется из одной поворотной секции, вращающейся на прочном шарнире, прикрепленном к одному из столбов. Перемещение свободного конца перевода на четыре или пять футов (1,2–1,5 метра) было достаточно, чтобы вагоны и тележки на одном пути могли освободить конец другого пути. Свободный конец перемещается по каретке, снабженной роликами, движущейся по опорному рельсу. Предусмотрен подходящий механизм для управления переводом и его фиксации. Перевод должен был управляться вручную, каким-либо образом. Ни экспериментальная линия, ни опубликованные иллюстрации не содержали указаний о том, как должна была проводиться регулярная проверка и обслуживание полотна пути, без использования лестниц или строительных лесов, установленных на улице внизу.

Колесная система

Каждый вагон имел два грузовика или тележки, с четырьмя фланцевыми несущими колесами на каждой тележке. Главной особенностью последних было то, что они были не вертикальными, а наклонены внутрь: каждая тележка состояла из горизонтальной прямоугольной кованой железной рамы, усиленной чугунными деталями и снабженной жесткими опорами, прикрепленными к ее нижней стороне, в которых были закреплены короткие оси для колес. Каждая тележка имела четыре колеса, установленные под углом около 45 градусов, соответственно наклонены и оси. Поскольку оси были неподвижными, подшипники располагались в ступицах колес. Кроме того, каждая тележка имела пару горизонтальных захватных колес, расположенных между двумя парами несущих колес, расстояние между которыми составляло около 4 футов (1,2 метра). Эти захватные колеса имели диаметр 42 дюйма (107 см) и толщину 3,5 дюйма (9 см), и оба колеса вращались независимо друг от друга, не будучи соединены. Они также имели фланцы на нижних краях, которые входили в пазы по бокам центральной тяговой рельсы. Вертикальные оси колес вставлялись в направляющие коробки, закрепленные на раме, содержащие пружины, которые прижимали колеса к рельсу. Функции колес заключались, во-первых, в стабилизации вагона, предотвращая его опрокидывание, а во-вторых, в участии в гидравлической тормозной системе. Мейгс считал тормозную силу колес достаточной, но допускал возможность оснащения несущих колес тормозами. Фланцы захватных колес должны были удерживать вагон на пути, предотвращая его сход. Однако рама тележки также была снабжена упорами на случай поломки колесного узла:

Each item of rolling stock had two trucks or bogies, with four flanged load bearing wheels each. The major peculiarity of the latter was that they were not vertical, but angled inwards:

Each truck consists of a horizontal rectangular wrought iron frame, stiffened by cast iron pieces and provided with stiff pedestals bolted to its under side, in which were fixed short axles for the wheels. Each truck had four wheels set at an angle of about 45 degrees, the axles being so inclined. Since the axles were fixed, the bearings would have been in the wheel hubs. Also, each truck had a pair of horizontal gripper wheels, located in between the two pairs of load bearing wheels which were about 4 feet (1.2 metres) apart. These gripper wheels were 42 inches (107 cm) in diameter and 3.5 inches (9 cm) thick, and the two wheels rotated independently of each other, not being coupled. They were also flanged, on their lower edges, and these flanges fitted into the slots in the sides of the central traction rail. The vertical wheel axles slotted into box slides fixed to the frame, containing springs which pushed the wheels against the rail. The functions of the wheels were, firstly, to stabilise the vehicle against any rolling motion and, secondly, to be part of the hydraulic braking system. Meigs considered that the braking power of the wheels was adequate, but allowed that the load bearing wheels could be provided with brakes too. The flanges of the gripper wheels were to hold the vehicle onto the track, so that it was unable to fall off. However, the truck frame was also provided with lugs in the event of wheel assembly breakage:

In case any or all of the wheels should break, provision is made to prevent the cars from overturning or leaving the track, by means of a strong shoe, which would slide upon but could not leave the way. The horizontal gripper wheel design was also followed by the separate pair of traction wheels on the locomotive. The vehicle undercarriage consisted of two chassis frames, connected by side trusses on which the vehicle body sat and to which was fixed the floor assembly. Each chassis frame had four vertical tubes containing heavy spiral springs, and these fitted into spring sockets bolted to the underneath of the floor assembly. The chassis frame was attached to its truck frame by a centre turn pin stayed by rods attached to sliders, so as to allow free rotation of the chassis on the truck. When running through curves, the trucks turned on the gripper wheels and it was claimed that the design allowed for very tight turning:

It has been found that, by reason of the independent motion of all the truck wheels, curves were followed so closely that the increase of friction of the car wheels passing through curves even as small as 50 feet radius, was too slight to be noticed or measured in a model one eighth full size. This construction of the trucks would allow a car 50 feet (15 metres) long to from a street only 28 feet (8.5 metres) wide into another of the same width.

В случае поломки одного или нескольких колес предусмотрено устройство, предотвращающее опрокидывание или сход вагона с рельсов, посредством прочной скобы, которая скользит по рельсу, но не может с него сойти. Конструкция горизонтальных захватных колес была также применена к отдельной паре тяговых колес на локомотиве. Подвеска вагона состояла из двух рам шасси, соединенных боковыми фермами, на которых располагался кузов вагона и к которым крепился пол. Каждая рама шасси имела четыре вертикальных трубы, содержащие мощные спиральные пружины, которые вставлялись в пружинные гнезда, прикрепленные к нижней части пола. Рама шасси крепилась к раме тележки центральным поворотным штифтом, удерживаемым стержнями, прикрепленными к ползункам, обеспечивающими свободное вращение шасси на тележке. При движении по кривым тележки поворачивались на захватных колесах, и утверждалось, что конструкция позволяет совершать очень крутые повороты:

Было установлено, что благодаря независимому движению всех колес тележки, кривые проходились настолько плавно, что увеличение трения колес вагона при прохождении кривых даже радиусом 50 футов было слишком незначительным, чтобы быть замеченным или измеренным на модели в масштабе 1:8. Такая конструкция тележек позволяла вагону длиной 50 футов (15 метров) въезжать с улицы шириной всего 28 футов (8,5 метров) на другую улицу той же ширины.

Пассажирские автомобили

Пол пассажирского вагона представлял собой каркас из С-образных балок сечением 5 дюймов (12,7 см). Его длина составляла 51,16 фута (15,6 метров), а ширина – 7,5 футов (2,3 метра). Цилиндрический кузов вагона был сформирован из обручей, изготовленных из легких Т-образных железных полос, согнутых в окружность диаметром 10,7 футов (3,26 метра). Реклама подчеркивала роскошь отделки:

Вагоны обладают множеством новых особенностей как снаружи, так и внутри. Круглое сечение и закругленные концы обеспечивают максимально прочную конструкцию без излишнего веса материала. Каркас кузова заполнен панелями, обшитыми богатой обивкой, которая покрывает весь интерьер. Снаружи кузов обшит бумагой и медью. Эта форма, помимо прочности, должна, как ожидается, снизить сопротивление ветру на треть. Интерьер вагона светлый, просторный и приятный для глаз. Сиденья обиты так же, как и остальная часть вагона, и комфорт с роскошью были тщательно продуманы в каждой детали. У каждого окна было специально разработанное устройство для обеспечения вентиляции без попадания пыли. Полностью отсутствуют острые углы, что в случае серьезной аварии значительно снижает риск получения пассажирами тяжелых травм. Никаких упоминаний об изоляции или о системе отопления для зимы нет. Несмотря на упоминание медной обшивки, сохранившаяся фотография повреждений от огня указывает на то, что в экспериментальном вагоне использовался более дешевый металл с более низкой температурой плавления. Вагон имел два ряда горизонтальных прямоугольных окон с каждой стороны, рамы которых были установлены между обручами и прикреплены к ним. Концы вагона представляли собой открытые площадки для входа и выхода, оборудованные навесами. Пассажиры проходили в кузов вагона через распашные двери со стеклянными панелями и пружинными замками. Освещение осуществлялось подвесными масляными лампами. Вдоль каждой стороны располагался непрерывный ряд мягких, обитых сидений со спинками, примыкающими к кривизне цилиндра. Кроме того, вдоль главной оси была установлена линия вращающихся кресел или кресел типа парикмахерских. Пол был покрыт ковром. Сохранилась фотография с пометкой о том, что в вагоне было место для 72 человек. Предусмотрены не были места для стоящих пассажиров – им не за что было держаться.

Тендер

Тендер представлял собой полностью отдельное от локомотива транспортное средство, соединенное с ним только сцепкой, что видно на постановочных фотографиях. Не описано, каким образом машинист топил котел локомотива, не рискуя упасть на улицу внизу. Этот вагон был выполнен в том же стиле, что и пассажирский вагон, но без торцевых площадок и был короче – 24,5 фута (7,5 метров). Он имел те же два ряда окон с каждой стороны, но по шесть окон в каждом ряду. Внутри располагался резервуар для воды, бункер для угля и "дополнительное пространство для других нужд". О возможности перевозки багажа прямо не сообщалось.