机车的变化

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机车是牵引或推送铁路车辆运行，而本身不装载营业载荷的自推进车辆，俗称火车头。按运送每吨公里消耗燃料量计算，机车是耗能最少的陆地运输工具。    机车一般由蒸汽机、柴油机、燃气轮机、牵引电动机等动力机械直接或通过传动装置驱动。动力机械使机车动轮产生力矩，同时钢轨又给动轮以大小相等、方向相反的反作用力。各个动轮反作用力之和称为机车牵引力。这个牵引力是由动轮周上作用力而产生的切向外力，所以又称为轮周牵引力。

机车的发展简史

    世界上最早出现的机车是蒸汽机车，以后又出现电力机车、柴油机车、燃气轮机车。
    蒸汽机车的发展 1803年英国的特里维西克制造出第一台在轨道上行驶的蒸汽机车；1814年,英国的斯蒂芬森制造出一台 5吨重的“皮靴”号蒸汽机车，这通常被认为第一台成功的机车。但真正在铁路上使用，并为现代蒸汽机车奠定基础的，是斯蒂芬森父子设计者建造的、并于1829年在比赛中获奖的“火箭”号蒸汽机车，它行驶速度达58公里/小时，创造了当时地面行驶车辆的最高速度。
    1831年,美国土木工程师杰维斯首次在机车前部试装一引导转向架，使机车能够在弯道上安全行驶；1836年美国坎贝尔设计一台两轴引导转向架两轴联动的机车，但这一设计并不成功，直到同时代的机械工程师哈里森进行了加装车轴均衡机构的改进后，才成为完善的机车。不久这辆机车便成为美国的标准型机车，并命名为“美国人”，被广泛应用到19世纪90年代。该型999号机车于1893年创造了181公里/小时的当时最高速度。
    为了提高饱和蒸汽的利用率、加大机车的牵引力，并能更好地通过弯道，1888年瑞士造出第一台关节复胀机车，由工程师马勒设计，称马勒型机车。1904年美国引进并在山区使用了马勒型机车，后改为单胀式，制造出最大的蒸汽机车2-4-4-2型。
    进入20世纪，采用过热蒸汽的蒸汽机车迅速推广，这时的机车已向大蒸发量、大尺寸、大锅炉的大型化发展。中国于1881年制出自己的第一台蒸汽机车“中国火箭”号，运行于唐山-胥各庄铁路。
    蒸汽机车虽经100多年的发展，但运用热效率只有6％左右，加上保养维修量大、污染严重、日运行里程短，因此逐渐被热效率高、运用率高的电力机车和柴油机车取代。美国于1960年、英国于1968年、法国于1972年、日本于1975年、德国和前苏联均于1977年相继停止使用蒸汽机车。
    电力机车的发展 1835年荷兰的斯特拉廷和贝克尔两人，试制了以电池供电的两轴小型铁路电力机车；1842年,苏格兰的戴维森制造出一台由40组电池供电的标准轨距的电力机车；1879年，德国的西门子设计制造了一辆小型电力机车，电源由机车外部的150伏直流发电机供给，并通过两轨道和其中间的第三轨道向机车输入，电力机车首次成功行驶。
    1890年英国伦敦首次用电力机车在5.6公里长的一段地下铁道上牵引车辆。1895年美国的巴尔的摩铁路隧道区段采用的干线电力机车，功率为1070千瓦。20世纪初，欧洲有几个国家曾建成几段以三相交流电供电的电气化铁路。
    20世纪初，电力牵引的优越性已被公认，到20年代末，几乎每个欧洲国家都已有电气化铁路。因三相交流供电系统和机车变流装置复杂，电力机车逐渐趋向采用工频单向交流电。50年代以后，随着大功率汞弧整流器和引燃管整流器的出现，特别是硅二极管整流器的出现，促进了采用工频交流电的电力机车的发展。
    70年代以来，干线电力机车向大功率、高速度、耐用方向发展。客运电力机车的速度已从每小时160公里提高到200公里。中国1958年制成了第一辆以引燃管整流的“韶山”型电力机车，1968年又改用硅整流器成功，制成“韶山-1”型电力机车。
    内燃机车的发展 在柴油机车出现之前，1906年美国制造出电力传动的汽油动车。1913年瑞典制造出电力传动的柴油动车，这些动车与柴油机车的构造类似。1924年苏联用一台735千瓦潜水艇柴油机，制成一辆电力传动的柴油机车。1923年美国制成220千瓦的电力传动的柴油机车。
    到了二十世纪30年代初，柴油机车进入了试用和实用阶段、功率多在一千千瓦以内，主要以调车机车为主。到30年代后期，出现了单节机车多节联挂的干线客运柴油机车。
    柴油机车的运行表明，它的经济效益比同等功率的蒸汽机车高得多。1945年以后，柴油机车进入大发展的阶段。柴油机上多配装废气涡轮增压系统，功率普遍提高。中国东北地区在30年代曾试用柴油机车，1958年开始制造柴油机车，
    燃气轮机机车的发展  最早的燃气轮机车是从使用复式燃气轮机开始的。1933年瑞典制成了480千瓦的自由活塞燃气轮机车；1951年法国先后制成735千瓦和1770千瓦自由活塞燃气轮机车；1954年前苏联制造了2210千瓦的自由活塞燃气轮机；1941年,瑞士首先制造出开式燃气轮机车；40年代末和50年代，英国、美国等制造出不同功率的开式燃气轮机车。

机车的分类

    机车可按所采用的动力装置、用途和走行部形式分类。按动力装置，机车可分为热力机车和电力机车两大类；按用途，机车可分为客运机车、货运机车、客货通用机车、调车机车和工矿机车五类；按走行部形式，机车可分为车架式机车和转向架式机车两类。
    机车的类型不同，能源供给的形式也不相同，但各种机车的构造却有许多共同之处，如都包括车架、走行部、车体、车钩缓冲装置、制动装置和司机室等。蒸汽机车构造比较特殊，电力机车、柴油机车和燃气轮机车除动力装置、传动装置不同外，其他部分基本相同或相似。
    蒸汽机车主要由锅炉、蒸汽机、车架、走行部和煤水车几部分组成，其他还有车钩缓冲装置、制动装置、控制和监测装置、司机室、辅助装置等部分。
    电力机车是靠外部供给电能由牵引电动机驱动的机车，电能由电力系统经传输线、牵引变电所、接触网或第三轨道输入机车的牵引电动机，再驱动机车前进，因此电力机车是非自带能源的机车。
    电力机车的机械部分主要由转向架、车架、车体、司机室、车钩缓冲装置和制动装置等组成。转向架上的每个动轴均由一台牵引电动机驱动。转向架上还装有制动基础装置，它将牵引力和制动力传给车架。车架一方面承受车体、司机室和设备重量，另一方面传递牵引力给车钩缓冲装置以牵引列车。电气部分主要由牵引电动机、牵引变压器、受电弓、主断路器、交流电力机车的整流装置、控制、辅助和监测装置等组成。
    柴油机车是以柴油机为动力的机车，它比蒸汽机车有更高的热效率，不需要频繁地加入燃料，持续工作时间较长。柴油机车主要由柴油机、传动装置、车架、车体、转向架、车钩缓冲装置、制动装置、辅助装置和控制与监测装置组成。
    燃气轮机车是以燃气轮机为动力的机车，它与柴油机车相比，除用燃气轮机代替柴油机外，其他构造基本相同。燃气轮机车主要由燃气轮机、传动装置、车架、车体、转向架、车钩缓冲装置、制动装置、控制和监测装置以及柴油发电机组等组成。
    蒸汽机车由于热效率低、维修、整备频繁、经济效益低、对环境污染严重，在铁路运输中已让位给柴油机车、电力机车和专为客运使用的柴油动车组、燃气轮动车组、电力动车组。
    柴油机车和电力机车是现代牵引动力的主力，除向更大功率发展外，主要是进一步提高热效率、耐久性、可靠性和舒适性，从而提高经济效益。
    以燃气轮动车组和电力动车组以及电力机车为主力的客运机车，正向更高的速度发展，80年代已达到每小时200公里到250公里，正向每小时300公里的速度迈进。
    车轮与钢轨的相互作用问题，轮、轨间的粘着、粘着系数、转向架和受电弓与接触网等在高速运行中引起的各种问题，是未来机车发展中的重要研究课题。