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蒸汽机车是利用蒸汽机,把燃料(一般用煤)的化学能变成热能,再变成机械能,而使机车运行的一种火车机车。

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    • 中文名称:蒸汽机车
    • 出现年代:十九世纪
    • 工作原理:蒸汽膨胀
    • 燃料:煤

    1基本简介

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    蒸汽机车,是利用蒸汽机把燃料(一般用煤)的化学能变成热能,再变成机械能,而使机车运行的一种火车机车。第一部蒸汽机车是由英国人理查·特里维西克制造,并于2018-02-25进行第一次上轨测试。之后经过多年的改进,蒸汽机车的经济效益才足以在商业上的营运使用。

    乔治·史蒂芬生在1829年制造的火箭号(The Rocket)便是其中一个最早在商业成功使用的蒸汽机车。蒸汽机车的出现使人类加快了进入工业时代的脚步,蒸汽机车成为这个时代文化和社会进步的重要标志和关键工具。

    2蒸汽机车问世

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    1814年,英国人史蒂芬孙发明了第一台蒸汽机车,从此开始,人类加快了进入工业时代的脚步,蒸汽机车成为这个时代文化和社会进步的重要标志和关键工具。

    3蒸汽机车的发展

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    在十九世纪最先出现的机车是以蒸汽推动的。到第二次世界大战结束时,蒸汽机车仍是最常见的机车。

    蒸汽机车

    第一部蒸汽机车是由英国人理查·特里维西克制造,并于2018-02-25进行第一次上轨测试。之后经过多年的改进,蒸汽机车的经济效益才足以在商业上的营运使用。乔治·史蒂芬生在1829年制造的火箭号(The Rocket)便是其中一个最早在商业成功使用的蒸汽机车。

    蒸汽机车的速度纪录是由英国的4-6-2 Mallard所创下。2018-02-25,绿头鸭号(LNER Class A4 4468 Mallard)拖着六个车厢,在一个稍微下坡路段创下时速126英里(203公里)的纪录。德国、美国的蒸汽机车亦达到接近的速度。一般认为这是蒸汽机车的速度极限。

    蒸汽机车在二十世纪中开始被内燃机车所取代。1960年代末,世界上仍然有使用蒸汽机车作商业运作的国家已寥寥无几。到了二十世纪末,蒸汽机车在北美洲及欧洲基本上已被完全淘汰,只会间中在特别为铁道迷及游客安排的路线上行走。墨西哥仍有很少量的蒸汽机车在偏远的地方运作。印度曾经大量使用蒸汽机车,但现在它们只会在空气稀薄的山区运作。

    4发展与演变过程

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    蒸汽机车在十九世纪最先出现的机车是以蒸汽推动的。到第二次世界大战结束时,蒸汽机车仍是最常见的机车。

    第一部蒸汽机车是由英国人理查·特里维西克制造,并于2018-02-25进行第一次上轨测试。之后经过多年的改进,蒸汽机车的经济效益才足以在商业上的营运使用。

    蒸汽机车

    乔治·史蒂芬生在1829年制造的火箭号(The Rocket)便是其中一个最早在商业成功使用的蒸汽机车。

    蒸汽机车的速度纪录是由英国的4-6-2 Mallard所创下。2018-02-25,绿头鸭号(LNER Class A4 4468 Mallard)拖着六个车厢,在一个稍微下坡路段创下时速126英里(203公里)的纪录。德国、美国的蒸汽机车亦达到接近的速度。一般认为这是蒸汽机车的速度极限。

    蒸汽机车在二十世纪中开始被内燃机车所取代。1960年代末,世界上仍然有使用蒸汽机车作商业运作的国家已寥寥无几。到了二十世纪末,蒸汽机车在北美洲及欧洲基本上已被完全淘汰,只会间中在特别为铁道迷及游客安排的路线上行走。墨西哥仍有很少量的蒸汽机车在偏远的地方运作。印度曾经大量使用蒸汽机车,但现在它们只会在空气稀薄的山区运作。

    5机车构造

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    蒸汽机车由蒸汽锅炉、汽机、车架、行走部、制动设备以及贮存燃料和水的煤水车等组成。

    锅炉

    燃烧燃料和产生蒸汽的部件,包括火箱、锅胴和烟箱三部分。火箱由内火箱和外火箱两部分组成,内火箱底部是炉床,炉床下部有存放炉灰的灰箱。在锅胴内排列着不同数目的大烟管和小烟管,大烟管内套有使蒸汽干燥和加热的过热管。在内外火箱之间和锅胴内贮有锅炉用水,锅水覆没内火箱顶板和大小烟管,在锅水蒸发面上形成蒸汽空间。烟箱位于锅胴前部,内有烟筒、乏气喷口、反射板和火星网等通风装置。燃料投入炉床,在火箱内与从灰箱风门进入的空气混合燃烧产生热能,热能通过内火箱板和大小烟管,传递给周围的锅水和过热管中的蒸汽,烟气进入烟箱,通过烟筒排出。高压高温蒸汽由锅炉最高处的蒸汽包经调整阀、干燥管、过热管和主蒸汽管等蒸汽通路进入汽机。

    蒸汽机车构造
    汽机

    将蒸汽的热能转变为机械能的部件。汽机连同机械部分包括汽室、汽缸、活塞(又称鞲鞴)、十字头、摇杆、连杆、阀动装置等部件。阀动装置是支配汽阀与活塞协调动作的配汽机构,用于调节进入汽缸的蒸汽量和实现机车的前进或后退。锅炉发生的高压高温过热蒸汽进入汽室后,通过阀动装置的配汽作用,进入汽缸,在汽缸内膨胀作功,推动活塞时,机械能经活塞杆、十字头、摇杆等机械部件传递给主动轮,再经连杆传递给其他动轮,通过轮轨接触,牵引列车。

    车架和走行部

    机车上锅炉、汽机等设备的安装基础。车架和走行部由车架、弹簧悬挂装置、动轮、导轮、从轮、轴箱、导轮转向架、从轮转向架和牵引装置等构成。锅炉、汽机等部件固装于车架上,经弹簧悬挂装置将重量由轴箱传至车轮,由钢轨支持。动轮把机械部传来的机械能转变为机车在轨道上的走行功。

    煤水车

    装载煤、水、油脂和存放工具等的车辆,挂在机车司机室后面。煤水车由煤槽和水柜两部分组成。大功率机车,由于单位时间的燃煤量大,在煤水车上装有推煤机和输煤机,将煤均匀地喷投到炉床各处。

    热效率

    蒸汽机车热效率很低,锅炉内燃料燃烧的热量只有一部分转变为蒸汽的热能,锅炉的效率一般为50%~80%。蒸汽在汽机内作功,汽机效率只有10%~15%。此外,在汽机到轮周的力的传递中,机械效率为80%~95%。因此蒸汽机车的最高热效率只有8%~9%,而且在车站停车,在机务段整备、停留等仍需消耗燃料,所以实际热效率只有5%~7%。

    6主要型号

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    解放型和建设型机车

    蒸汽机解放型机车是中等功率的货运机车,目前多为调车和小运转用。建设型机车是1957年在解放型机车的基础上设计而成的,与解放型机车相比,锅炉用全焊结构,蒸汽压力提高至15千克力/厘米,并加装了加煤机、给水加热器、自动调整楔铁等设备,目前是干线货运主要蒸汽机车之一。

    人民型蒸汽机车
    胜利型和人民型机车

    胜利型机车1956年试制成功,其结构特点是增加过热和蒸发传热面积的比值,采用特洛菲莫夫分动式汽阀,煤水车底架、水柜、煤槽均采用电焊焊接结构等。胜利型机车是主要客运蒸汽机车之一,目前在干线上已逐步被柴油机车所取代。人民型机车是在胜利型机车的基础上改进设计,于1958年制成。锅炉采用全焊结构,蒸汽压力提高至15千克力/厘米,构造速度为每小时110公里,并增加了加煤机、给水加热器和自动调整楔铁等装置。人民型机车是铁路干线和支线上的主要客运蒸汽机车之一。

    FD型机车和前进型机车

    蒸汽机中国在苏联30~40年代制造的机车的基础上改制而成的大功率货运机车,大多已经报废。 前进型机车  中国自行设计制造的大功率干线主型货运蒸汽机车。1956年试制成功,当时称和平型机车,现称老前进型机车。机车轴式1-5-1,当计算供汽率为70千克/米·小时时,机车轮周功率为2960马力,但锅炉蒸发量不能满足运行的需要,仅生产了40多台。1964年对锅炉进行重新设计,采取了加装燃烧室,改变烟管排列,改进烟箱通风装置等技术措施,使锅炉的供汽能力显著提高,满足了铁路运输生产的需要。前进型机车采用全焊结构锅炉,蒸汽压力为15千克力/厘米,有1200毫米长的燃烧室,炉床面积为6.8米,火箱传热面积32.5米,火箱容积13.56米,有直径133/125毫米的大烟管69根,直径51/46毫米的小烟管80根,锅炉蒸发传热面积为255.3米。

    蒸汽机前进型机车采用单胀式双汽缸,汽缸直径 650毫米,活塞行程800毫米,汽阀直径300毫米。有五对动轮,直径1500毫米,机车粘着重量100.5吨,有4轴和6轴两种煤水车。它能利用6%~10%的汽缸排出的乏气量,将给水加热到70~100℃,可以节水 7%~9%,节热6%~8%。它装有粘着重量增加器,使粘着重量增大8吨。前进型机车最高热效率可达8.42%,通常为5.5%~8.0%。这种机车的缺点是:过热蒸汽温度较低,烟渣飞扬损失较大,通风效率和机械效率低,粘着牵引力不能适应汽缸牵引力的要求等。

    7各地的蒸汽机车

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    中国

    在中国大陆,某些地区煤炭的价格比石油低很多,使蒸汽机车仍然有它们的价值。中国曾经是全球最后一个制造大型蒸汽机车的国家,位于山西的大同车厂一直生产蒸汽机车至1988年;哈尔滨火车站在1990年代中期仍旧能够看到为数不少的蒸汽机车,而位于同一个省份的牡丹江火车站则可以看到停放在一旁供人参观的1930年代日本小型蒸汽机车。2018-02-25最后运营的大型蒸汽机车在内蒙古退役,近年中国大陆蒸汽机车已所剩无几。

    蒸汽机车

    今日仅有少数蒸汽机车由于观光或历史保存或其它理由,而特别被保留并继续营运。如四川的芭石铁路,依然以小型蒸汽机车作为牵引动力,主要满足当地山区和矿区居民出行,同时兼顾旅游。

    台湾所用蒸汽机车以台铁蒸汽机车最具代表性。于一般营运上,台铁虽未有以蒸汽机车牵引之常态班次,惟特殊节日及路线仍偶可见以观光为主的该机车。除此,并常有CK124、CK101等蒸汽机车的静态展览。

    日本

    日本的蒸气机车早年已经全部退出一般列车的运行。但后来部份机车头复出,直到今日都还有以蒸汽机车牵引运行的固定列车班次,为了与一般采用柴油或电力动力来源的列车作区隔,以蒸汽机车牵引营运的列车会特别在列车名称前标上“SL”的字样(SL是蒸汽机车“Steam Locomotive”的缩写)。这些列车绝大部分都是观光列车,其中有部分为针对特殊季节才运行(例如JR北海道的SL冬之湿原号(SL冬の湿原号会于冬天才运行)),其他则为大部份都为全年营运的固定观光列车班次。截至2012年底为止,仍然在使用蒸汽机车的铁路公司包括JR集团的JR北海道、JR东日本、JR西日本、JR九州,和大井川铁道、秩父铁道与真冈铁道等私铁业者。

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