英籍工程师金达偶然看到中国留美学生邝孙谋，要他出来和鲍尔对抗，邝孙谋推荐了詹天佑，他认为必须有一个十分懂技术的工程师才能胜任。
詹天佑进入铁路公司后不久，就看出金达和鲍尔之间的矛盾。他不愿留在天津，卷进纠纷，他和工人在工地一起工作，他在80天内指挥完成了塘沽到天津间的铺轨工程，1888年9月5日，唐山天津线全路通车。
李鸿章依靠汇丰银行借款，打算将唐津铁路延长，金达怕詹天佑出人头地，就自己带人测勘天津至通州的线路。詹天佑留在天津做室内工作，一面埋头研究，一面帮助青年人钻研技术。
1890年，清朝政府决定先修关内外线，詹天佑被调到工地工作，督修石门段的工程。他按着科学的测量来办事，发现蓝图有错误，立即指出来，要求设计人员修改。
工程进展到滦河大桥时，金达看滦河铁桥工程有油水可赚，就聘请英国人来包工，但工程上一再失败，后来德国工程师用空气打桩法也失败了，金达眼看交工期限将到，才授意找詹天佑来试试。
詹天佑研究了滦河河床的地质土壤情况，让懂水性的人潜入滦河深处，用中国传统的方法，配合机器打桩，他虚心接受工人们的意见，吃住在工地上，终于顺利奠定了桥基，完成了滦河铁路全部工程。
这一成功，不仅使那些平素自命不凡的外国工程师感到惊奇，同时使詹天佑和他的助手们坚定了信心。这一年，他收到了英国土木工程研究会送来的荣誉会员证书。这说明中国已经有力量来做自己铁路上的工程师。
1903年，那拉氏要赴西陵祭祖。袁世凯献媚修筑一条由高碑店直达西陵的新易铁路，路长39千米，限6个月完工。詹天佑被指定为总工程师。这条路没借外资，没聘外国人，是中国人自力修筑的第一条路，而且不到4个月就完成了。
后来袁世凯又提出拨用关内外铁路的余利兴建京张铁路的计划。1905年4月，清政府委派陈昭常为总办，詹天佑为总工。詹天佑一接到任务，就带学生和他的工程队来北京开始测线。
京张铁路的初勘，由詹天佑带领学生张鸿浩、徐士远从丰台京奉路柳村的10号桥测量起，经西直门向张家口。他经常勉励工作人员说：“技术要求精密，不能有一点模糊和轻率。‘大概’、‘差不多’，不应出自工程人员之口。”
复测中，詹天佑又亲自率领工程人员，背着标杆、经纬仪在峭壁上定点制图。他为寻找一条好的线路，多方搜集资料，常常骑着毛驴在小路上奔波。白天翻山越岭，晚上还要伏在油灯下绘图计算。
1905年8月初，第一分段动工。外国工程师嘲笑说：“中国会修关沟段铁路的工程师还没诞生呢。”詹天佑说：“我们会修铁路的工程师没有诞生倒不重要，我们有很多要学习工程的人，这些人互相帮助，互相依靠，就什么都可以做到。”表现了他强烈的爱国心和民族自信心。一开始修建京张铁路，确实困难重重。这条铁路全长200多千米，“中隔高山峻岭……路险工艰为他处所未有。”
詹天佑面对困难，挺身而出，承担起负责建筑京张铁路的重任。他和有关的工程技术人员经过多次勘测，最后为京张铁路选定了经过南口——居庸关——八达岭的路线。
1905年12月12日，开始从丰台车站铺轨，詹天佑在工程队人员的欢呼声中亲手在路轨上钉下第一颗道钉。
这一天，京张铁路工程队的工程列车中有一节车钩链子折断，造成脱轨事故，费很大力气才恢复，影响到部分列车的行驶。詹天佑想，不仅要有坚固的路基和标准化的轨距，还要使列车的车厢之间能紧紧地联在一起，这样爬高滑低才会安全。
京张铁路钉道工程开始以后，困难无数，首先是大量的材料在运输上的困难，既少机械又缺轻轨，一切都靠人力，人又没很好地组织起来。广安门外遇到白云观，绕路耗时费工，沿途的皇亲贵族墓地不让通过……京张铁路第一段工程完工后，紧接着就开始修南口至岔道城的第二段工程，这是最艰巨的一段工程，也是全部工程成败的关键。开凿隧道，要有丰富的经验、精密的测量，还要有开山机、抽水机和通风机等等机器设备。
八达岭、居庸关两个隧道开通后，又面临一个难题：如何使列车爬上关沟的最高峰——八达岭？如果沿山直上，坡度太大，行车也危险。
詹天佑设计成依着山腰作“人”字形的线路，车到这里，改用2—8—8—2大马力机车，先推列车前进，到交叉点再上拉，加上每节车厢之间改为自动挂钩，也就不易脱落，十几节车厢结合成一整体，缓慢爬上八达岭的岭巅。
京张铁路于1909年7月4日完成全线铺轨工程，到9月24日就全线通车。这条原计划需6年才能修完的铁路，只用4年时间就提前完工了，而且工程费用还结余28万余两银子。总计费用只有外国人承包商索价的1／5。而且工程质量之高，连参观了京张铁路的欧美工程师都称赞不已。
詹天佑于1919年4月24日与世长辞。1922年，中华工程师学会和京绥铁路工人在京绥铁路的青龙桥车站上，为中国铁路最早的、杰出的工程师——詹天佑建立全身铜像，纪念他在中国铁路建设中的不朽功绩。
钢轨
你一定乘过火车。连成长龙的一节节车厢排列整齐，沿着挺直的钢轨飞快地驶向远方。可是你想过吗，为什么火车要在钢轨上行驶呢？
当你在平整的马路上骑自行车时，感到很轻快，然而一到凹凸不平的碎石路上，就感到费劲；当自行车轮胎里的气打得足的时候，骑起来感到轻快，轮胎里的气不足，骑起来就费劲。这是为什么呢？
原来，这都是滚动阻力的问题。平滑的马路和打足气的自行车轮胎，使滚动阻力减小，所以人骑在自行车上就感到比较轻快。因此，降低滚动阻力，是提高运输效率的一个关键。
最早的火车，是用木轮车在木材做的轨条上行驶的，滚动阻力还是很大。直到100多年前，蒸汽机车发明后，车轮和轨条都改用钢铁制造了，才大大地降低了滚动阻力。根据试验，一辆载重汽车，如果停在碎石路面上，需要15个人才能推动它前进；而同样重量的一辆火车停在平滑的钢轨上，只要2个人就能推着它前进了。显然，在钢轨上行驶，不仅使火车节约了大量能源，也大大提高了运输的效率。
除此之外，由于火车的车身很笨重，如果火车轮子直接在石子路或水泥路上行驶，就会使路面产生下陷的现象，用了钢轨和枕木等，就能降低沉重的火车对地基的压强。而且，铁路的两条钢轨之间有一定的距离，叫做轨距，它跟同轴的两个有轮缘的火车轮的距离是相配合的。这样，通过车轮与钢轨的固定关系，火车就能顺着两条钢轨的方向行驶了，这也是火车要在钢轨上行驶的另一个原因。
气压式刹车
在100多年以前，火车在美国已成为很重要的交通工具。一年夏天，一列火车风驰电掣地从波士顿往纽约开去。这时，火车司机突然发现铁路前方的岔道上有一辆马车正在跨越铁路线，于是鸣响了汽笛……不料，那匹马受了惊吓，又蹦又跳的，一下子把马车掀翻在铁轨上……情况万分紧急。火车司机见状，急忙去拉车闸。可是，火车怎么也刹不住，巨大的惯性推着火车滚滚向前，只见“砰”的一声巨响，马车被撞翻了，车上的人被压死了……火车又向前冲了好长一段路才停下来，司机满头大汗地从火车头中跳下来，摇着头对围上来的乘客们解释说：“实在没办法，谁都没有那么大的力气一下子把闸拉死，制服这可怕的惯性！”说完，他擦了擦汗，脸上露出无可奈何的神色。
乘客们和看热闹的人都散开了，却深深地刺激了一个年轻人，他就是铁匠的儿子佐志·维什廷豪斯。
火车又启程了，随着火车撞击铁轨发出的轰隆声，维什廷豪斯陷入了沉思：“人既然能造出那么长、那么重、跑着那么快的火车，难道就没有办法使它很快停下来吗？”
回到家乡，维什廷豪斯开始设计火车刹闸。他设计了好几个方案，制了图，还用父亲的铁炉、锻打工具，试制着刹闸。但多种方案都失败了，巨大的火车产生的惯性，一般的力量无法制止。但他并没灰心，每次失败都激励他去探索和寻找新的办法和路子。
有一天，他在报纸上看到一条消息：瑞士在铁路施工中应用压缩空气开凿隧道，加快了施工进度……他心中顿时闪出了一道火花，“压缩空气的力量能开山劈岭，难道就不能用来制止火车前进吗？”
联想，使他找到了一把钥匙，他要用这把钥匙打开解决火车制动问题的心灵锁结。他虚心向有关专家求教，同时翻阅了大量有关资料，又进行了新的实验。
经过几年的努力，他终于研制出一种利用压缩空气制动的新型刹闸——世界上第一台压缩空气制动器。当时，他年仅22岁。现在气动闸已广泛地应用到火车、汽车等交通工具上。
从蒸汽机车到电力机车
把蒸汽的热能转换为机械能，作为火车的动力，这一愿望随着1765年詹姆斯·瓦特发明世界上第一台蒸汽发动机而变为现实。这一发明在当时火车研制者的心中燃起了希望之光。
蒸汽机的原理其实十分简单。炉子上的水壶里的水开了之后，水蒸气就会把壶盖顶起来。如果把水壶密封起来，所产生的压力就会更大，可以用来推动机器。其实蒸汽机车就像一个大水壶，是靠水蒸汽的力量来推动火车前进的。
一般的蒸汽机车分为两个部分，前一半是个大水壶似的锅炉，用煤加热锅炉里的水，水变成蒸汽，推动传动机构，带动车轮使火车跑起来。机车的后一半是一辆装煤、水的车厢，称为煤水车。
1804年，英国人特里维西克设计了世界上最早行驶于轨道上的蒸汽机车。但这台蒸汽机车因屡次发生事故，又未能取得进一步改进，只好半途而废。世界上第一台能实用的蒸汽机车，是英国工程师斯蒂芬森于1814年设计、制造的，起初取名为“半统靴号”，之后又制造出了“旅行号”，并于1825年在世界上第一条标准轨铁路上正式运行，从而开创了铁路运输的新纪元。
蒸汽机车是18世纪下半叶工业革命时期的一大发明，它开辟了近代运输的新纪元。当时英国人把工业所需的煤炭从利物浦运到曼彻斯特，用铁路运输的费用仅为用马车运输的1／5，可见蒸汽机车带来了巨大的经济效益。此后，随着技术的发展，蒸汽机车的性能不断得到改善。1938年，美国的赫德森232型蒸汽机车拉着560吨重的列车，平均速度达到每小时193千米，最高速度达到每小时200千米。
蒸汽机车虽取得相当大的发展，但是，仍然存在严重的缺陷，蒸汽机工作起来很浪费能源。在烧掉的煤产生的能量之中，只有7％用于推动车轮，93％的能量都没有利用。同时，蒸汽机车还要“喝”大量的水，每行走10千米就要消耗2000千克的水。这在缺煤、少水的地区就很不方便了。此外，机车冒出的黑烟会污染环境，蒸汽机车的操作也较复杂，劳动强度大，又是加煤，又是加水，还要注意锅炉的蒸汽压力，等等。
随着科学技术的不断进步，出现了内燃机车、电力机车。与蒸汽机车相比，它们具有更好的性能，可以把运费进一步降低1／2。很多国家，早在20世纪60年代就用内燃机车或电力机车取代了蒸汽机车。
内燃机车和电力机车都诞生于19世纪末，内燃机车的工作原理是：让柴油或煤气燃料在汽缸里燃烧，利用燃烧时产生的温度高和压力大的气体去推动活塞，带动车轮前进。而电力机车则利用电力，通过电动机使车轮转动起来。
与蒸汽机车相比，这两种机车先进多了。内燃机可把燃料的28％用于驱动车轮，这比蒸汽机只用上7％的燃料高出3倍。加足了油和少量水，一口气可以跑上一千多千米。虽然内燃机车本身的造价是相同马力的蒸汽机车的3倍，可运行费用仅是蒸汽机车的40％左右，而且铁路沿线的辅助设施较少，所以总的维修费用也较低。在国外，特别是美国，几乎都采用柴油机车，并且大部分是由柴油机发动力驱动发电机，用产生的电力再驱动电动机使火车行驶。采用这种传动方式的机车，叫做电传动柴油机车。在英国，伦敦至爱丁堡之间行驶的电动机车德丁克号，牵引1500吨的列车时速可达160千米以上。世界上柴油机车的先锋是德国，早在1937年，飞行汉堡号就已达到时速187千米的高速。在日本，由于石油靠进口，柴油机车数量并不多。在我国，内燃机车已成为铁路运输的主力。
柴油机是由德国人鲁道夫·狄塞尔发明的，他曾到美国推销他发明的柴油机，美国通用电器公司一名叫兰普的技术人员，试用德国人的柴油机组装了一台电传动的内燃机车。这是世界上第一台用柴油机做动力的机车，是内燃机车电传动原理的第一次应用，是现代内燃机的鼻祖。内燃机车虽然有不少优点，但目前内燃机的单机功率还不如电力机车的电机功率大。如果铁路要翻山越岭，有些路段坡度较大，这时内燃机车就有些“力不从心”，要改用电力机车了。
