机车的历史演变

蒸汽机车的研制1803英国特里维西克制造出第一辆在轨道上运行的蒸汽机车；1814年，英国的斯蒂芬森制造了一台5吨重的“靴型”蒸汽机车，一般认为这是第一台成功的机车。但真正用在铁路上并为现代蒸汽机车奠定基础的，是斯蒂芬森父子的设计者建造的“火箭”蒸汽机车，并在1829的竞赛中获奖。其运行速度达到58 km/h，创造了当时地面车辆的最高速度。

1831年，美国土木工程师杰维斯首次尝试在机车前部安装导向转向架，使机车在曲线上安全运行。1836年，美国的坎贝尔设计了一种两轴转向转向架、两轴联动的机车，但这种设计并不成功。直到同时代的机械工程师哈里森改进了车轴平衡机构，才成为完美的机车。很快这种机车成为美国的标准机车，并被命名为“美国人”，在65438到2009年的90年代被广泛使用。该型999型机车在1893创造了181 km/h的最高速度。

为了提高饱和蒸汽的利用率，增加机车的牵引力，更好地通过弯道，1888年在瑞士制造了第一台关节伸缩机车，由马勒工程师设计，称为马勒机车。1904年，美国引进并在山区使用马勒机车，后改为单膨胀机车，制成最大的蒸汽机车2-4-4-2。

20世纪，过热蒸汽蒸汽机车迅速普及。此时，机车已经发展成为蒸发量大、体积大的大型锅炉。中国于1881年制造出第一辆蒸汽机车“中国火箭”，运行在唐山至徐各庄铁路上。

蒸汽机车虽已发展100多年，但其运行热效率仅为6%左右，且因维护量大、污染严重、日运行里程短，逐渐被热效率高、利用率高的电力机车和内燃机车所取代。美国1960停止使用蒸汽机车，英国1968，法国1972，日本1975，德国和前苏联1977，中国1992。

电力机车的研制1835荷兰Stratin和Becker试制了以蓄电池为动力的两轴小型铁路电力机车；1842年，苏格兰的戴维森制造了一台标准轨距的电力机车，由40节电池供电。1879年，德国西门子公司设计制造了小型电力机车。电源由机车外部的150V DC发电机提供，通过两条轨道和中间的第三条轨道输入机车。电力机车首次成功运行。

1890在英国伦敦，电力机车首次用于在5.6公里长的地下铁路上牵引车辆。1895美国巴尔的摩铁路隧道段使用的干线电力机车功率为1070 kW。20世纪初，欧洲几个国家修建了几条三相交流电供电的电气化铁路。

在20世纪初，电力牵引的优势已经得到公认。到20世纪末，几乎每个欧洲国家都有了电气化铁路。由于三相交流供电系统和机车变流器的复杂性，电力机车逐渐倾向于采用工频单向交流。20世纪50年代以后，随着大功率汞弧整流器和点火管整流器的出现，特别是硅二极管整流器的出现，推动了工频交流电力机车的发展。

70年代以来，干线电力机车向大功率、高速、耐用方向发展。客运电力机车时速从160公里提高到200公里。1958年，我国制造出第一台采用点火管整流的韶山电力机车，1968年成功改用硅整流器制造韶山-1型电力机车。

内燃机车的发展在内燃机车出现之前，美国在1906年就生产出了电动汽油动车。1913年，瑞典生产出电传动内燃机车，结构类似内燃机车。1924年，苏联使用735千瓦的潜艇柴油机制造电力内燃机车。1923美国造出220kW电力内燃机车。

30年代初，内燃机车进入试验和实用阶段，功率多在1000千瓦以内，以调车机车为主。到了30年代后期，出现了单机车多节的干线客运内燃机车。

内燃机车的运行表明，其经济效益远高于同等功率的蒸汽机车。1945之后，内燃机车进入大发展阶段。柴油发动机配有废气涡轮增压系统，动力普遍提高。30年代在东北试行内燃机车，聚龙内燃机车制造于1958。

燃气轮机机车中燃气轮机机车最早的发展是从复式燃气轮机的使用开始的。1933年，瑞典制造了480 kW自由活塞燃气轮机机车；1951年，法国先后制造了735kW和1770kW自由活塞燃气轮机机车。1954前苏联制造了2210 kW自由活塞燃气轮机；1941年，瑞士人首先制造了敞开式燃气轮机机车。20世纪40年代末和50年代，英国和美国制造了不同功率的敞开式燃气轮机机车。

最早发明的机车是蒸汽机车，用蒸汽机代替畜力来牵引轨道上的车辆。未来出现的各种机车也是在新的动力机出现后发展起来的。继蒸汽机车之后，又依次出现了几种机车:电力机车、内燃机车和燃气轮机机车。

英国人特里维西克在1804年制造了第一台蒸汽机车。1829年制造的“火箭”机车奠定了现代蒸汽机车的基本形式，后来又在结构和效率上不断改进。为了满足交通运输的需要，制造了各种用途的蒸汽机车，并不断向大功率、大牵引力、高速度发展，在20世纪三四十年代达到高峰。

1879年，第三轨提供DC电力的小型电力机车首次制成。从65438年到20世纪90年代，一些国家在地下铁路、大城市的市郊铁路和干线的长隧道中使用电力机车。到20世纪20年代末，许多国家都有了电气化铁路，其中大部分使用架空接触网向DC供电。50年代大功率点火管整流器和60年代大功率半导体整流器问世后，工频交流电力机车迅速发展。这种机车大大增加了功率，提高了性能。基建投资虽大，但经济效益高，可用于运输繁忙的电气化铁路干线。

内燃机车于1923年试制，1925年正式运用。刚开始因为柴油机功率小，多用于调车作业；后来，随着大约65，438+0，000千瓦的机车用柴油机的出现，制造出了由两段或多段连接起来的干线机车。应用结果表明，它优于蒸汽机车。50年代迅速普及，威力逐渐增大。

1941年在燃气轮机机车上制造，1943年首次在铁路上使用，小批量试验使用或正式使用后在少数国家停止使用。虽然应用不广泛，但前景广阔。

蒸汽机车结构简单，成本低廉，坚固耐用，原本在铁路上占主导地位。但由于经济效益低、排烟污染环境，逐渐被内燃机车和电力机车取代。美国1960，英国1968，法国1972，日本1975，联邦德国和苏联1977。虽然很多国家还在用，但是承担的流量比例却在日益缩小。机车可以根据动力装置、用途和采用的走行部形式进行分类。

按照功率器件的分类，可以分为两类。

(1)热力机车:

安装的原动机属于热力发动机，如蒸汽机车、柴油机车和燃气轮机车。这种机车运载燃料和水，是自带能源的机车。它可以独立运行，只要有合适的轨道和设备添加燃料和水。但是机车的重量和外形尺寸分别受到轴重和铁路限界的约束，不能做得太重，所以安装在机车上的动力装置的重量和尺寸也受到约束。

柴油机和燃气轮机都是内燃机，装有这两种原动机的机车称为内燃机车。中国主要有东风内燃机车(DF)。内燃机车安装用传动装置的传动方式可分为机械传动内燃机车、电传动内燃机车和液力传动内燃机车；燃气轮机机车也是。

②电力机车:

从外部电站沿铁路输送到变电站，然后通过架空接触网或铺设在铁路一侧的第三轨提供电能的机车。电源容量不受额定功率的限制。因此具有功率大、短时过载能力强、运行速度快、加速快、牵引力大、无废气污染环境等优点。适用于交通繁忙或坡度较大、隧道较长的铁路线，尤其适用于大城市郊区交通和地下铁路交通。但这种机车只能在有接触网或铺设第三轨并供电的线路上运行，不如热力机车灵活。电气化铁路也干扰附近的电信。因为需要架设接触网或铺设第三轨，每隔一定距离设置变电站，基建投资大。中国主要有韶山电力机车(SS)。

按用途可分为五类。

①客运机车:

牵引旅客列车的机车需要有较高的运行速度和起动加速度，能跑较长的距离，但牵引力不一定大。

②货运机车:

牵引货运列车的机车必须有相当大的牵引力，并能行驶很长的距离，但行驶速度不必很高。

(3)客货通用机车(或普通机车):

牵引重型(多车)旅客列车或轻型快速货物列车(装载鲜活货物、冷藏货物等。)，其性能介于客运机车和货运机车之间。

④调车机车:

在车站或编组站(场)内用于列车解体、编组，如拉出、换线、取送车等作业的机车。这种机车启停频繁，正反向运行频繁。要有足够的附着重量、牵引力、起动加速度、必要的功率和良好的换向性能，运行速度可以低一些。调车机车有两种:站内调车机车和编组站调车机车。前者适用于车站接拉旅客列车或部分货物列车，也适用于工矿企业厂内运输，需要的动力较小；后者适用于编组站(场)解体、编组、拖运列车，也可用作短途运输。

(5)工矿机车:

作为矿山、冶金、石油、化工、林业等企业内部运输和工厂内部运输的机车。一般来说，功率比铁路干线使用的机车小，速度要求不高，但有足够的牵引力。在一些特殊的工厂，用于运输的机车也必须有防火防爆等设施。为此，有几种专门设计的机车，如:压缩空气机车，用压缩空气储气罐代替蒸汽机车锅炉，将压缩空气降压至气缸做功；无火蒸汽机车又称储汽机车，实际上是一种没有火箱的常规蒸汽机车，将一定压力和相应温度的饱和蒸汽和饱和水储存在保温锅炉中，并降压至汽缸内做功；电池机车，一种用自己的电池给牵引电机供电来驱动车轮的电力机车。

按照办部门的形式，可以分为两类。

(1)框架机车:

机车的移动轴固定在刚性框架上。蒸汽机车的动力通过摇杆和连杆驱动各移动车轮；许多小型内燃机车的动力是由安装在输出齿轮轴两端的曲柄销通过变速箱驱动的，动轮由连杆驱动。这种走行部结构简单，成本低。但固定轴距(前轴与按轴线安装在刚性车架上的后轮轴之间的水平距离)较长，难以通过曲线，不适合高速行驶。所以蒸汽机车的动轮前部装有导向轮转向架，后部装有从动轮转向架，但这种机车仍然属于框架式机车。

②转向架机车:

机车框架的两端由可水平旋转的转向架支撑。两个转向架与车架连接，将移动车轮产生的车轮周围的牵引力传递给车架和车钩。电力机车、内燃机车和燃气轮机车都采用这种形式。每个转向架可装2 ~ 4根车轴，一般为2 ~ 3根。转向架的车轴通常是动轴，电传动机车的动轴几乎都是单独驱动，只有单牵引电力机车转向架和液力传动机车转向架的动轴是联动的(联合成组驱动)。机车各转向架可沿曲线水平旋转，固定轴距短，易于通过曲线。另外，弹簧悬挂系统完善，所以运行平稳，有利于高速行驶。

按照车身形式的分类，可以分为两类。

罩式车体:一般用于调车机车、矿工机车等。，部分干线货运机车采用这种车体。中国生产的东风2、东风5、东风7和美国进口的ND5机车都属于罩式车体。它在画面中间有一个“小房子”。除了司机室，还包括机器，必要时打开。

棚式车体:一般用于干线机车，机器和过道同时覆盖，使司机能看到机器，听到他的噪声。