火车的发展简史

校对、整理：小草帽1卷首故事第2期物理思与行[[本本文文内内容容来来源源：：]]火车的发展简史●火车-由来“火车”一词是怎么来的？早在1804年，一个名叫德里维斯克的英国矿山技师，首先利用瓦特的蒸汽机造出了世界上第一台蒸汽机车。这是一台单一汽缸蒸汽机，能牵引5辆车厢，它的时速为5至6公里。这台机车没有设计驾驶室，机车行驶时，驾驶员跟在车旁边走边驾驶。因为当时使用煤炭或木柴做燃料，所以人们都叫它“火车”，于是一直沿用至今。●火车-发展历史火车（Train）昀早使用燃煤蒸汽动力的燃煤蒸汽机车有一个很大的缺点，就是必须在铁路沿线设置加煤、水的设施，还要在运营中耗用大量时间为机车添加煤和水。这些都很不经济。在19世纪末，许多科学家转向研究电力和燃煤蒸汽机车。世界上第一列真正在轨上行驶的蒸汽火车是由康瓦耳的工程师查理‧特里维西克所设计的。它的火车有四个轮胎，1840年2月22日试车，空车时，时速20公里，载重时，每小时8公里(相当于人快步行走的速度)。不幸，火车的重量压垮了铁轨。电力机车1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车，重约954公斤，只在一次柏林贸易展览会上做了一次表演。1903年10月27日，西门子与通用电气公司研制的第一台实用电力机车投入使用。其时速达到200公里。燃油机车1894年，德国研制成功了第一台汽油内燃机车。并将它应用于铁路运输，开创了内燃机车的新纪元。但这种机车烧汽油，耗费太高，不易推广。1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界上得到广泛使用。1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车，以柴油为燃料。且结构简单、震动小、运行性能好，因而，在工业国家普遍采用。20世纪60年代以来，各国都大力发展高速列车，例如法国巴黎至里昂的高速列车，时速到达260公里；日本东京至大阪的高速列车时这也达到200公里以上。人们对这样的高速列车仍不满足。法国、日本等国率先开发了磁悬浮列车。中国也在上海修建世界第一条商用磁悬浮列车线。这种列车悬浮于轨道之上，时速可达400－500公里。●火车-蒸汽机车校对、整理：小草帽2卷首故事第2期物理思与行[[本本文文内内容容来来源源：：]]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。早在17、18世纪时，欧洲矿区就有在木制或铁制的轨道上行走的马拉货车，他们比普通马车能够运送更多的货物。到了19世纪初，蒸汽机的发明导致工业大发展，人们需要更大运载量和更快速度的车辆。一些人开始试验用蒸汽机代替马来拉车。在1804年，英国工程师德里维斯克研制出了第一辆在铁轨上行驶的蒸汽机车，行驶状况良好。然而由于机车和所拉的货物过重，造成铁轨断裂，德里维斯克的机车没有被人们接受。英国人斯蒂芬森由此意识到蒸汽机车要得到推广必须在改进机车的同时注重铁轨的改进。1825年，他设计建成了从达林顿到斯托克顿的铁路线，并且使自己制造的“旅行者”号蒸汽机车拉着货物和乘客在铁路上行车成功。这是世界上第一列公用蒸汽火车和第一条公用蒸汽火车铁路线。斯蒂芬森也因此被人们尊称为“蒸汽机车之父”。1829年10月，在英国利物浦市的莱因希尔，举行了“火车头比赛”。由斯蒂芬森设计制作的“火箭号”机车每小时平均22km，昀高时速46km，创下了当时的昀高纪录，开创了火车运输的新纪录。斯蒂芬森将蒸汽机车用于商业运输，从此世界步入“蒸汽机”时代，开始了持续100多年独霸铁路牵引动力垄断地位的黄金时代。●火车-内燃机车·内燃机车的组成内燃机车，是采用内燃机作为动力装置的机车。（注：铁道机车用的内燃机绝大多数是柴油机。）内燃机车由下列部分组成：柴油机、主传动装置、辅助传动装置、车体(包括司机室)、走行部及各辅助系统。机车辅助系统包括：燃油系统、机油系统、冷却水系统、预热系统、空气制动系统及其他用风系统、控制系统、照明系统、充电系统、检测系统、诊断系统和显示记录系统等。·内燃机车的传动装置1、电传动直流电传动、交直流电传动和交直交(简称交流)电传动。校对、整理：小草帽3卷首故事第2期物理思与行[[本本文文内内容容来来源源：：]]2、液力传动一般(机械换向)液力传动和液力换向的液力传动；另有一种为液力一机械传动。3、机械传动中国国内很少见；只在小功率的地方铁路和工矿机车上少有运用。·内燃机车的简介据报载，从1992年6月1日起，北京铁路分局结束了使用蒸汽机车牵引客车的历史，改用内燃机车，以提高列车的速度和正点率。人们在使用蒸汽机车的过程中发现，这种机车的一个致命弱点是它的锅炉既大又重，严重影响了它的发展前途。在锅炉里，用煤将水加热成蒸汽，再通入汽缸里，从而推动机车前进。有人设想，如果将这种笨重的锅炉去掉，使燃料直接在汽缸内燃烧，用所产生的气体来推动车轮旋转，就可以克服蒸汽机车的主要缺点。于是，一些科学家便开始进行研究试验。1866年，德国人奥托首先制成了一种燃烧煤气的新型发动机。这种发动机和蒸汽机在汽缸外面的锅炉里燃烧燃料不同，它是在汽缸内点燃煤气的，然后利用气体的压力推动活塞，从而使曲轴旋转。因此，就给它起了个形象的名字，叫做“内燃机”。内燃机的出现，为火车的进一步发展带来了生机。后来到了1894年，德国就制造出世界上第一台内燃机车。这种没有大锅炉的新机车，既不烧煤，也不烧煤气，而是用柴油作燃料。它所用的柴油机是德国人鲁道夫·狄塞尔发明的。从此，内燃机车就成了火车家族中的一位重要成员，并得到了广泛的应用。内燃机车虽然出世较晚，但它后来居上，比火车家族中的大哥哥蒸汽机车的本领高强，受到人们的重视。它的突出优点是：1．速度快。内燃机车起动迅速，加速又快。通常，蒸汽机车的昀大时速为110公里，而内燃机车的昀大时速可达180公里，使铁路通过能力提高25%以上。2．马力大。蒸汽机车的功率一般为3000马力左右，而内燃机车可以达到4000～5000马力，因而运载量就多。3．能较好地利用燃料的热能。蒸汽机车的热效率一般仅为7%左右，而内燃机车可达到28%左右，提高了3倍，从而节省了大量的燃料。4．适合缺水地区使用。蒸汽机车是个用水“大王”，一列火车平均每行驶10公里，就得消耗水3～4吨。通过干旱的缺水地区，火车就需要自带用水。据统计，在缺水地区运行一列火车，如果有10节车厢，其中有3节车厢是用来装水的。而内燃机车用来冷却的水仅需要几百公斤，供循环使用，内燃机车上一次水，可连续行驶1000公里，因而它被人们誉为“铁骆驼”。5．司机驾驶操作方便。内燃机的司机不需要像蒸汽机车那样加煤加水，而且驾驶室内明亮宽敞，司机操作时视野开阔，既方便又安全。校对、整理：小草帽4卷首故事第2期物理思与行[[本本文文内内容容来来源源：：]]有的人可能认为内燃机车和汽车都是使用的内燃机，两者的结构原理应是相同的。其实，它们是不完全一样的。汽车是利用内燃机产生的动力直接推动车轮转动，而内燃机车则是先通过内燃机带动发电机产生电能，再用电能使电动机旋转，从而驱动机车前进。所以，通常也将内燃机车称作“电传动内燃机车”。内燃机车出世后，以其明显的优势很快就压倒了蒸汽机车。特别是第二次世界大战结束后，由于内燃机车所用的燃料──石油价格较低，能大量供应，因而有力地促进了内燃机车的发展。一些国家如美国、日本、法国、加拿大等国都相继制成了内燃机车，并且在10年左右的时间内实现了铁路机车内燃化，使内燃机车得到了较广泛的使用。中国于1958年研制成了第一台内燃机车。到1969年，已制造出4000马力的大功率内燃机车，如“东风型”、“东方红型”和“北京型”内燃机车等。现在，我国在许多铁路线上已有各种类型的内燃机车牵引着长长的列车在驰骋着，一些主要干线的直达客车基本上实现了内燃机车牵引。内燃机车除了通常使用的电传动内燃机车外，还有液力传动内燃机车和适用于寒冷缺水地区的燃气轮机车。液力传动内燃机车是将内燃机产生的动力，通过液力变速箱、万向轴、车轴齿轮箱等设备，使车轮转动，从而带动车辆前进。早期的液力传动内燃机车，采用类似于蒸汽机车的连杆驱动。燃气轮机车是现代化内燃机车的一种。这种机车的内燃机与喷气式飞机的原理相同。它比一般内燃机车的马力大，振动小，结构简单，行驶安全可靠，而且容易制造。世界上第一台燃气轮机车是1941年在瑞士制成的。由于它特别适用于高寒、缺水地区使用，近年来发展很快。法国已研制成并投人使用第二代和第三代燃气轮机车，其中第二代燃气轮机车的昀高时速就已达到260公里。目前，燃气轮机车已成为引人注目的现代化机车的一个得力的方面军。●火车-电力机车一、交直流电传动机车动作原理机车蓄电池供96V启动，80KW启动发电机。启动发电机发动机车柴油机，柴油机运转带动同步主发电机运行，45KW的感应子励磁机通过整流输出直流电给同步主发电机转子励磁，主发电机正常发电，（当柴油机运转后启动发电机转成他励发电机运行发出110V恒定直流电，供给空压机以及一些机车辅助设备，另外再给机车蓄电池充电），同步主发电机发出三相交流电，经过主整流柜，供给六台直流牵引电机，昀后，机车启动。二、电力机车结构原理电力机车是从接触网获取电能，再利用牵引电机驱动的机车，是非自带能源式的机车。·电力机车种类校对、整理：小草帽5卷首故事第2期物理思与行[[本本文文内内容容来来源源：：]]1879年出世的世界第一台电力机车，是利用两条铁轨之间的第三条轨将电力引进机车里的。这种供电方式适合于电压和功率都比较低的情况随着电力机车的发展，要使它跑得快，运载量大，就得提高电力机车供电系统的电压和功率，因而需要使用高压输电线和变电装置。在这种情况下，就不能再使用设在地面上的第三条轨供电的方式了，因为这既不安全，又给使用带来不便。1881年，德国试验成功一种适合以高压输电线供电的电力机车新的供电系统，叫做“架空接触导线”供电系统，也就是将电力机车的供电线路由地面转向空中。实际上，这种供电系统和现在城市中的有轨电车相似，在车顶上装着一条“长辫子”。它与以前使用蓄电池的电动机车的主要不同在于，它自身不带电源，由电厂供电，所以机车的结构比较简单，但需要一套供电设备。这种装有“长辫子”的火车，依靠装在车顶上的受电弓子把电力从架在空中的电线上引到机车里。高压输电线送来的电是高达110千伏的三相交流电，必须经过牵引变电所变成25千伏的单相交流电，方能供机车使用。因此，在电力机车行驶的铁道沿线上，每隔50公里左右设一个牵引变电所。变电所的电又被送到邻近的沿线接触网上，通过机车上的受电弓将交流电引到机车的整流器上，把交流电变成直流电，使直流电动机旋转，再经过一套传动装置，带动车轮转动，机车就会跑动起来。电力机车虽然问世较早，但直到20世纪60年代才开始受到人们的重视，被大量普遍地使用起来，已成为铁路机车家族中的佼佼者。人们将电力机车称为神通广大的“火车头”，就是因为它比蒸汽机车有着以下独特的优点：一是它的马力大，拉得多、跑得快、爬坡的劲头足。例如，中国在50年代末期修筑的第一条电气化铁路──宝（鸡）成（都）铁路，就充分发挥了电力机车的优越性。从宝鸡到成都，第一道关口就是要翻越气势雄伟的秦岭。过去用3台蒸汽机车拉一列950吨货车上秦岭时，像老牛拉车每小时才行走18公里。蒸汽机车下坡时是靠闸瓦制动的，而闸瓦因摩擦就会变热，如果不及时冷却就难以将机车制动住。为了保证行车的安全，蒸汽机车的下坡速度比爬还慢，有时甚至走走停停，以便使受热的闸瓦有足够的时间冷却。后来用3台电力机车取代同样数量的蒸汽机车，就能拉着2400吨的货物，以时速50公里快速上坡，比蒸汽机车在运货量和速度上都提高了近两倍。电力机车下坡时，采用电阻制动，使列车能以每小时40公里的速度下坡，既快速又安全。二是电力机车用的是“干净”的电能，它不冒黑烟、扬灰渣，因而不会污染环境。即便是通过几