Sejarah perkeretaapian

Post Track, sebuah jalan lintas di lembah Sungai Brue di Somerset Levels, Inggris, adalah jalur mirip rel tertua yang diketahui dibangun dan berasal dari sekitar 3838 SM,^[2] 30 tahun lebih tua daripada Sweet Track dari daerah yang sama.^[3] Berbagai petak jalannya telah didaftarkan sebagai cagar budaya.^[4]

Bukti-bukti sejarah menunjukkan bahwa terdapat jalur mirip rel Diolkos sepanjang 6–8,5-kilometer (3,7–5,3 mi) untuk mengangkut perahu melintasi Tanah Genting Korintus di Yunani sekitar tahun 600 SM.^[5][6] Kendaraan beroda yang ditarik oleh manusia dan hewan berjalan mengikuti alur batu kapur, yang bertindak sebagai "rel" untuk mencegah kereta meninggalkan rutenya. Diolkos digunakan selama lebih dari 650 tahun, setidaknya hingga abad ke-1 Masehi.^[6] Jalur rel dengan perkerasan serupa juga dibangun di Mesir pada masa Romawi.^[7][8]

Pada 1515, Kardinal Matthäus Lang menulis sebuah catatan menganai Reisszug, sebuah jalur funikular diBenteng Hohensalzburg di Austria. Jalur ini aslinya menggunakan rel kayu dan keretanya digerakkan menggunakan tali katrol menggunakan tenaga manusia atau hewan.^[9] Jalur ini masih ada dan beroperasi, meski dalam bentuk yang sudah diperbarui. Bahkan jalur ini menjadi jalur rel tertua yang masih beroperasi.^[10]

Jalur gerobak rel yang ditarik kuda, diketahui telah digunakan sejak 1550-an untuk memfasilitasi transportasi bijih di pertambangan. Moda ini menjadi populer di Eropa dan contoh-contoh pengoperasiannya pernah dideskripsikan oleh Georgius Agricola dalam karyanya tahun 1556, De re metallica.^[11] Jalur ini menggunakan gerobak yang dilengkapi roda tanpa flens berjalan di atas papan kayu dan pasak vertikal yang dipasang di celah antara papan agar gerobak dapat berjalan mengikuti arah relnya. Penambang di jalur tersebut menjulukinya Hunde ("anjing") karena suara yang ditimbulkannya di rel kereta.^[12] Ada banyak referensi mengenai jalur kereta di Eropa tengah pada abad ke-16.^[13]

Jalur gerobak tambang diperkenalkan ke Inggris oleh penambang Jerman di Caldbeck, Cumbria, kemungkin pada tahun 1560-an.^[14] Jalur ini dibangun di Prescot, dekat Liverpool, kemungkinan sekitar tahun 1600, atau bahkan lebih awal lagi pada 1594. Milik Philip Layton, jalur ini mengangkut batu bara dari lubang galian di dekat Prescot Hall menuju terminus sejauh setengah mil.^[15] Jalur funikular juga pernah dibangun di Broseley,Shropshire beberapa waktu sebelum 1604. Jalur ini mengangkut batu bara dari tambang milik James Clifford menuju Sungai Severn untuk dimuat ke tongkang dan diangkut ke kota-kota tepi sungai.^[16] Jalur gerobak Wollaton, yang diselesaikan pada tahun 1604 oleh Huntingdon Beaumont, terkadang secara keliru disebut sebagai jalur kereta api Inggris yang paling awal. Jalurnya membentang dari Strelley ke Wollaton dekat Nottingham.^{[butuh rujukan]}

Jalur Middleton di Leeds, yang dibangun pada tahun 1758, menjadi jalur kereta api tertua di dunia yang masih beroperasi (selain funikular), meskipun sekarang dalam bentuk yang sudah diperbarui. Pada tahun 1764, jalan rel pertama di Amerika Serikat dibangun di Lewiston, New York.^[17]

Diperkenalkannya mesin uap untuk menggerakkan udara sembur ke tanur tiup menyebabkan peningkatan produksi massal besi di Inggris setelah pertengahan tahun 1750-an.^{[18]:123–25}

Pada akhir tahun 1760-an, Coalbrookdale mulai memasang pelat besi cor ke permukaan rel kayu, sehingga meningkatkan ketahanannya. Pada awalnya hanya jalur balon yang bisa digunakan untuk memutar gerbong, tetapi kemudian, wesel bergerak diperkenalkan yang memungkinkan dibuatnya percabangan.^[19]

Sistem lainnya yang diperkenalkan, adalah sistem yang menggunakan roda tanpa flens yang berjalan di rel berpenampang huruf L – ini kemudian dikenal sebagai "jalur pelat (plateway)." John Curr, seorang manajer pertambangan batu bara Sheffield, menemukan rel berflens ini pada tahun 1787, meskipun tanggal pastinya masih diperdebatkan.^[siapa?] Jalur ini diambil alih oleh Benjamin Outram untuk jalur kereta yang melayani kanal-kanalnya, dan diproduksi di pabrik besi Butterley miliknya. Pada tahun 1803, William Jessop membuka Surrey Iron Railway, telah dibangun sebagai jalur ganda, yang terkadang secara keliru disebut sebagai jalur kereta api umum pertama di dunia, di London selatan.^[20]

Pada tahun 1789, Jessop memperkenalkan rel pinggir dan roda berflens untuk perpanjangan jalur ke Kanal Charnwood di Nanpantan, Loughborough, Leicestershire. Pada tahun 1790, Jessop dan rekannya Outram mulai memproduksi rel pinggir. Jessop menjadi mitra di Perusahaan Butterley pada tahun 1790. Rel pinggir umum pertama (dan juga jalur kereta api umum pertama) yang dibangun adalah Lake Lock Rail Road tahun 1796. Meskipun tujuan utama jalur ini adalah untuk angkutan batu bara, jalur ini juga mengangkut penumpang.

Kedua sistem konstruksi rel besi pada masa ini, rel pelat "L" dan rel pinggir, terus ada berdampingan hingga awal abad ke-19. Roda berflens dan rel pinggir akhirnya unggul dan menjadi standar perkeretaapian.

Besi cor bukanlah bahan yang bagus untuk rel karena mudah pecah apabila dikenai beban berat. Rel besi tempa, yang ditemukan oleh John Birkinshaw pada tahun 1820, memecahkan masalah ini. Besi tempa merupakan material ulet yang dapat mengalami deformasi sebelum patah, sehingga lebih cocok untuk rel besi. Akan tetapi besi tempa mahal untuk diproduksi sampai Henry Cort mematenkan proses yang disebut puddling pada tahun 1784. Pada tahun 1783, Cort juga mematenkan pengerolan, yang 15 kali lebih cepat dalam mengkonsolidasi dan membentuk besi dibandingkan dengan proses palu.^[21] Proses ini dapat menghemat biaya produksi besi dan rel besi. Perkembangan lainnya adalah hot blast yang dikembangkan oleh James Beaumont Neilson (dipatenkan tahun 1828), yang secara signifikan mengurangi jumlah kokas atau arang yang dibutuhkan untuk menghasilkan besi kasar.^[22] Besi tempa merupakan material lunak yang mengandung terak. Kelunakan dan terak membuat rel besi berubah bentuk dan terkelupas dan biasanya hanya bertahan kurang dari 10 tahun penggunaan, dan kadang-kadang hanya satu tahun jika dilalui kereta dengan lalu lintas tinggi. Semua perkembangan dalam produksi besi ini akhirnya mengarah pada penggantian rel campuran kayu dan besi menjadi rel besi.

Diperkenalkannya proses Bessemer, yang memungkinkan baja dibuat dengan biaya murah, menyebabkan era perluasan besar perkeretaapian yang dimulai pada akhir tahun 1860-an. Rel baja lebih tahan lama daripada rel besi.^[23][24][25] Rel baja memungkinkan lokomotif yang lebih berat, sehingga memungkinkan kereta api yang lebih panjang dan meningkatkan produktivitasnya.^[26] Proses Bessemer memasukkan nitrogen ke dalam baja, yang menyebabkan baja menjadi retak seiring usia. Tungku perapian terbuka mulai menggantikan proses Bessemer menjelang akhir abad ke-19, meningkatkan kualitas baja dan selanjutnya memangkas biaya. Baja sepenuhnya menggantikan penggunaan besi pada rel dan menjadi standar untuk semua rel.

James Watt, rekayasawan mekanik dan penemu Skotlandia, mengembangkan mesin uap buatan Thomas Newcomen, sampai sekarang digunakan untuk memompa air keluar dari tambang. Watt mengembangkan sebuah mesin torak tahun 1769, untuk menggerakkan roda. Meski mesin Watt menggerakkan pabrik kapas dan berbagai sistem mesin industri, mesin tersebut merupakan mesin stasioner yang besar. Tidak mungkin sebaliknya: keadaan teknologi boiler mengharuskan penggunaan uap bertekanan rendah yang bekerja pada ruang hampa di dalam silinder; ini memerlukan kondensor dan pompa udara. Namun demikian, seiring dengan kemajuan konstruksi ketel uap, Watt menyelidiki penggunaan uap bertekanan tinggi yang bekerja langsung pada piston. Hal ini memungkinkan ukuran mesin yang lebih kecil, yang dapat digunakan untuk menggerakkan kendaraan serta mematenkan desain lokomotif uap pada tahun 1784. Pegawainya William Murdoch menghasilkan model kerja kereta uap berpenggerak sendiri pada tahun itu.^[27]

Lokomotif uap skala penuh pertama yang dapat berjalan dirakit di Inggris pada tahun 1804 oleh Richard Trevithick, seorang rekayasawan Inggris yang lahir di Cornwall. Lokomotif ini menggunakan uap bertekanan tinggi untuk menggerakkan mesin dalam satu langkah daya. Sistem transmisi menggunakan roda gila besar untuk meratakan aksi batang piston. Pada 21 Februari 1804, perjalanan kereta api bertenaga uap pertama di dunia terjadi ketika lokomotif uap tanpa nama milik Trevithick menarik kereta api di sepanjang jalur trem pabrik besi Penydarren, dekat Merthyr Tydfil di Wales Selatan.^[28][29] Trevithick kemudian mendemonstrasikan lokomotif yang berjalan di atas sepotong rel lingkar di Bloomsbury, London, Catch Me Who Can, tetapi tak pernah diuji coba sebagai lokomotif rel biasa, mengingat mesinnya terlalu berat untuk rel pelat besi cor yang digunakan saat itu.^[30]

Lok uap pertama yang sukses secara komersial adalah lokomotif rel gerigi Salamanca milik Matthew Murray yang dibangun untuk Middleton Railway di Leeds pada tahun 1812. Lokomotif dengan dua silinder ini tidak cukup untuk meretakkan rel pinggir, tetapi memecahkan masalah adhesi oleh roda gigi dengan menggunakan gerigi yang dipasang pada sisi salah satu rel. Oleh karena itu, ini juga merupakan jalur rel gerigi yang pertama.

Selanjutnya, dirakit lokomotif Puffing Billy pada 1813 oleh Christopher Blackett dan William Hedley untuk jalur Wylam Colliery, lokomotif pertama yang berhasil beroperasi dengan rel adhesi. Hal ini dicapai melalui distribusi berat pada sejumlah roda. Puffing Billy kini dipamerkan di Museum Sains di London, menjadikannya lokomotif tertua yang masih ada.^[31]

Pada 1814, George Stephenson, yang terinspirasi oleh lokomotif awal Trevithick, Murray dan Hedley, membujuk manajer tambang batu bara Killingworth tempatnya bekerja untuk mengizinkannya merakit mesin uap. Stephenson memainkan peran penting dalam pengembangan dan adopsi lokomotif uap secara luas. Desainnya jauh lebih baik daripada karya perintis sebelumnya. Ia merakit lokomotif Blücher, juga lokomotif adhesi roda berflens yang sukses. Pada tahun 1825, ia merakit Locomotion untuk jalur Stockton dan Darlington di timur laut Inggris, yang menjadi kereta api uap publik pertama di dunia, meski menggunakan kuda dan uap untuk tujuan operasi berbeda. Pada tahun 1829, ia merakit lokomotif Rocket, yang memenangkan Rainhill Trials. Keberhasilan ini menjadikan Stephenson sebagai perusahaan pembuat lokomotif uap terkemuka untuk jalur kereta api di Britania Raya dan Irlandia, Amerika Serikat, dan sebagian besar Eropa.^{[32]:24–30[33]} Jalur KA umum pertama yang hanya menggunakan lok uap sepanjang waktu adalah jalur Liverpool dan Manchester, dibangun pada tahun 1830.

Lok uap terus menjadi lok yang dominan di perkeretaapian seluruh dunia selama lebih dari satu abad.

Lokomotif listrik pertama kali dirakit tahun 1837 oleh ahli kimia Robert Davidson dari Aberdeen di Skotlandia, dan ditenagai oleh sel galvanik; sekaligus sebagai lok baterai-elektrik yang paling awal. Davidson kemudian merakit lokomotif yang lebih besar bernama Galvani, yang dipamerkan di Pameran Masyarakat Seni Kerajaan Skotlandia pada tahun 1841. Lok seberat 7 ton itu memiliki dua motor reluktansi penggerak-langsung, dengan elektromagnet tetap yang bertindak pada batang besi yang melekat pada silinder kayu di setiap gandar, dan komutator sederhana. Lok ini mampu menarik muatan enam ton dengan kecepatan 4 mph (6,4 km/h) sejauh jarak 1,5 mi (2,4 km). Lok ini diuji coba di jalur Edinburgh dan Glasgow pada bulan September tahun berikutnya, tetapi keterbatasan daya baterai menghalangi penggunaan umum. Lok ini langsung dirucat oleh pegawainya yang menganggapnya sebagai ancaman terhadap keamanan pekerjaan mereka.^[34][35][36]

Percobaaan elektrifikasi perkeretaapian pertama dilakukan oleh rekayasawan Ukraina, Fyodor Pirotsky. Pada 1875, ia mengoperasikan kereta bertenaga listrik di jalur Miller, antara Sestroretsk dan Beloostrov. Pada bulan September 1880, di St. Petersburg, Pirotsky mengoperasikan trem listrik yang menggantikan peran trem kuda dua-tingkat.^[37][38][39] Meski proyeknya tidak diteruskan, eksperimen dan karyanya di bidang tersebut berhasil merangsang minat terhadap perkembangan trem listrik secara global. Carl von Siemens bertemu dengan Pirotsky dan mempelajari karyanya secara saksama. Siemens bersaudara (Carl dan Werner) memulai produksi komersial trem listrik rancangan mereka sendiri segera setelahnya, pada tahun 1881.^[40]

Werner von Siemens memperkenalkan jalur rel listrik pada 1879 di Berlin. Salah satu jalur trem listrik pertama di dunia, Gross-Lichterfelde, dibuka di Lichterfelde dekat Berlin, Jerman, pada tahun 1881, oleh Siemens. Trem ini beroperasi dengan tegangan 180 volt DC yang dipasok oleh rel konduktor. Pada tahun 1891, jalur tersebut dilistriki dengan aliran atas dan diperpanjang hingga Stasiun Berlin-Lichterfelde Barat. Jalur rel listrik Volk dibuka pada tahun 1883 di Brighton, Inggris, dan masih beroperasi hingga sekarang sehingga menjadikannya jalur KRL tertua yang masih beroperasi di dunia. Pada tahun 1883, jalur trem Mödling dan Hinterbrühl dibuka di dekat Wina di Austria. Jalur ini menjadi jalur trem pertama di dunia yang beroperasi secara reguler dengan tenaga listrik dari kabel udara. Lima tahun kemudian, di Amerika Serikat, trem listrik pertama kali diperkenalkan pada tahun 1888 di Richmond Union Passenger Railway, menggunakan peralatan yang dirancang oleh Frank J. Sprague.^[41]

Elektrifikasi pertama pada jalur lintas utama adalah pada Jalur Sabuk Baltimore sejauh 4 mil milik Baltimore and Ohio Railroad (B&O) pada tahun 1895 yang menghubungkan bagian utama B&O dengan jalur baru ke New York melalui serangkaian terowongan di sekitar pinggiran pusat kota Baltimore.

Listrik langsung menjadi sumber daya pilihan untuk kereta bawah tanah, didukung oleh sistem multiple unit yang dikembangkan oleh Sprague pada tahun 1897. Pada awal tahun 1900-an, sebagian besar jalur kereta api pinggir jalan telah dilistriki.

Lokomotif listrik arus bolak-balik (AC) praktis pertama dirancang oleh Charles Brown, yang saat itu bekerja di Oerlikon, Zürich. Pada 1891, Brown mempertunjukkan transmisi daya jarak jauh, menggunakan AC tiga-fase, antara pembangkit listrik tenaga air di Lauffen am Neckar dan Frankfurt am Main Barat, sejauh 280 km. Memanfaatkan pengalamannya saat bekerja untuk Jean Heilmann pada desain lokomotif uap-elektrik, Brown mengamati bahwa motor tiga fase memiliki rasio daya-ke-berat yang lebih tinggi daripada motor DC dan, dengan ditiadakannya komutator, lebih sederhana untuk diproduksi dan dirawat.^[42] Namun, motor-motor ini jauh lebih besar dibandingkan motor DC pada saat itu dan tidak dapat dipasang di bogie: motor-motor ini hanya dapat dibawa di dalam badan lokomotif.^[43]

Pada 1894, rekayasawan Hungaria Kálmán Kandó mengembangkan motor penggerak listrik tipe baru asinkron 3-fase dan generator untuk lokomotif listrik. Desain Kandó pada awal tahun 1894 pertama kali diterapkan pada trem AC tiga-fase pendek di Evian-les-Bains (Prancis), yang dibangun antara tahun 1896 dan 1898.^{[44][45][46][47][48]}

Pada 1896, Oerlikon memasang contoh komersial pertama sistem tersebut pada Trem Lugano. Setiap lokomotif seberat 30 ton memiliki dua motor berdaya 110 kW (150 hp) serta dijalankan menggunakan listrik berdaya 750 V 40 Hz dari kabel LAA ganda. Motor tiga fase berjalan pada kecepatan konstan dan menyediakan pengereman regeneratif, dan sangat cocok untuk jalur curam, dan lokomotif tiga fase jalur utama pertama dipasok oleh Brown (saat itu bermitra dengan Walter Boveri) pada tahun 1899 pada jalur Burgdorf–Thun, Swiss, sejauh 40 km.

Italia menjadi negara pertama di dunia yang rampung melistriki kereta apinya untuk seluruh panjang jalur utama, bukan hanya pada sebagian saja. Jalur Ferrovia della Valtellina sejauh 106 km dibuka pada tanggal 4 September 1902, dirancang oleh Kandó dan tim dari pabrik Ganz.^[49][50] Sistem kelistrikan yang digunakan adalah tiga fase pada tegangan 3 kV 15 Hz. Pada tahun 1918,^[51] Kandó menemukan dan mengembangkan konverter fase putar, yang memungkinkan lokomotif listrik menggunakan motor listrik tiga-fase yang dipasok melalui LAA tunggal, yang mengalirkan listrik AC fase tunggal frekuensi industri sederhana (50 Hz) dari jaringan bertegangan tinggi nasional.^[50]

Kontribusi yang penting terhadap adopsi traksi AC muncul dari SNCF Prancis setelah Perang Dunia II. Perusahaan ini melakukan uji coba pada 50 Hz, dan menjadikannya standar. Setelah uji coba SNCF yang sukses, 50 Hz diadopsi sebagai standar industri untuk elektrifikasi jalur kereta api AC di seluruh dunia.^[52]

Contoh awal penggunaan mesin pembakaran dalam untuk penggunaan kereta api adalah sebuah prototipe yang dirancang oleh William Dent Priestman, yang diuji oleh Sir William Thomson pada tahun 1888 yang menggambarkannya sebagai "[mesin minyak Priestman]... dipasang pada gerobak yang bekerja pada jalur rel sementara untuk menunjukkan adaptasi mesin minyak untuk keperluan lokomotif."^[53][54] Pada tahun 1894, lokomotif dua gandar berdaya 20 hp (15 kW) yang dibuat oleh Priestman Brothers digunakan di Dermaga Hull.^[55]

Pada 1906, Rudolf Diesel, Adolf Klose dan produsen mesin uap dan diesel Gebrüder Sulzer mendirikan Diesel-Sulzer-Klose GmbH untuk merakit lokomotif diesel. Sulzer telah memproduksi mesin diesel sejak 1898. Kereta Api Negara Prusia memesan lok diesel dari perusahaan tersebut pada tahun 1909. Lokomotif diesel pertama di dunia dijalankan pada musim panas 1912 di jalur kereta Winterthur–Romanshorn di Swiss, tetapi tidak sukses komersial.^[56] Berat lokomotifnya 95 ton serta berdaya 883 kW dengan kelajuan maksimum 100 km/jam.^[57] Sejumlah kecil purwarupa lokomotif diesel diproduksi di sejumlah negara hingga pertengahan 1920-an.

Terobosan yang sangat signifikan terjadi tahun 1914, ketika Hermann Lemp, seorang teknisi General Electric, mengembangkan dan mematenkan sistem kontrol listrik arus searah yang andal (perbaikan selanjutnya juga dipatenkan oleh Lemp).^[58] Desain Lemp menggunakan tuas tunggal untuk mengendalikan mesin dan generator secara terkoordinasi, dan merupakan purwarupa untuk semua sistem kendali lokomotif diesel–elektrik . Pada 1914, kereta rel diesel–elektrik fungsional pertama di dunia diproduksi untuk Königlich-Sächsische Staatseisenbahnen oleh Waggonfabrik Rastatt dengan peralatan listrik dari Brown, Boveri & Cie dan mesin diesel dari Sulzer AG, Swiss; diklasifikasikan sebagai Sächsischer DET 1–2. Penggunaan reguler pertama lokomotif diesel–elektrik adalah pada aplikasi pelangsir. General Electric memproduksi beberapa lokomotif pelangsir kecil pada 1930-an ("44 ton" diperkenalkan pada tahun 1940). Westinghouse Electric dan Baldwin berkolaborasi untuk membangun lokomotif pelangsir mulai tahun 1929.

Pada 1929, Canadian National Railway menjadi perusahaan KA Amerika Utara pertama yang menggunakan mesin diesel pada layanan jalur utama dengan dua unit, 9000 dan 9001, buatan Westinghouse.^[59]

Kereta kecepatan tinggi pertama Tōkaidō Shinkansen (seri 0) diperkenalkan tahun 1964 antara Tokyo dan Osaka di Jepang. Sejak saat itu transportasi kereta kecepatan tinggi, yang beroperasi dengan kecepatan hingga 300 km/jam (186,4 mph), telah dibangun di Jepang, Spanyol, Prancis, Jerman, Italia, Taiwan, Republik Rakyat Tiongkok, Inggris, Korea Selatan, Skandinavia, Belgia, Belanda, dan Indonesia. Pembangunan jalur KA kecepatan tinggi menimbulkan penurunan drastis penerbangan jarak pendek dan roda karet yang menghubungkan kota-kota seperti koridor London–Paris–Brussel, Madrid–Barcelona, Milan–Roma–Napoli, serta banyak jalur utama lainnya.^{[butuh rujukan]}

KA kecepatan tinggi biasanya beroperasi di rel sepur standar yang dilas kontinu pada jalur khusus yang memiliki jari-jari lengkung besar dalam desainnya. Meski kereta api berkecepatan tinggi ditujukan untuk penumpang, beberapa sistem berkecepatan tinggi juga menawarkan layanan angkutan barang.

Kereta hidrogen Alstom Coradia Lint mulai beroperasi di Sachsen Hilir, Jerman pada tahun 2018.

• George Bradshaw, pencipta jadwal kereta api
• John Blenkinsop (1783–1831), penemu
• Rekor kecepatan kereta api
• Sejarah trem