机车车辆的发展- 1 蒸汽机车
1.1 蒸汽机车的起源
1763年，法国陆军的技术军官古诺希望将蒸汽动力用于拉动兵工厂生产一种炮身由生铁铸成的沉重的大炮，1769年，古诺制成了他设想中的蒸汽动力车。不过它的速度才有每小时四千米，并且由于锅炉里的蒸汽用完了，蒸汽动力车走了大约15分钟就停了下来，但是这个伟大的尝试揭开了人类探索蒸汽机车的序幕。1804年英国的特里维西克制造出了第一台在轨道上行驶的蒸汽机车。1814年斯蒂芬森制作的第一台名为“布鲁克”号的机车开始运行，这台机车有两个汽缸、一只2.5米长的锅炉，有凸缘车轮防止打滑，它可以拉着8节矿车，载重30吨，以每小时6.4千米的速度前进，这是被认为第一台成功的机车。第一次运行时，煤矿上居民看到蒸汽机车的烟囱直往外喷火，就给它取了一个名字叫“火车”。1829年斯蒂芬森父子设计建造的，并在英国的蒸汽机车比赛中获奖的“火箭”号蒸汽机车，已经具有了现代蒸汽机车的基本构造特征。
1.2 了解蒸汽机车
蒸汽机车是利用蒸汽机把煤的热能变成机械能而运行的一种机车。蒸汽机车产生动力的主要方式是通过机械或人力把煤放入机车锅炉火箱内的炉床上燃烧，产生的热能经过火箱板、拱砖管壁和锅胴部的大小烟管使锅炉内的水蒸发成为水蒸汽，然后将蒸汽由导汽管经调整阀导入汽缸，利用它的热能和膨胀力，推动活塞（鞲鞴）移动，蒸汽由汽缸活塞的前后两侧交替进入，并将废汽按一定规律排出，使活塞往复运动，再经过活塞杆、十字头、摇杆和曲柺销等传动装置推动动轮作回转运动，从而使机车运行。蒸汽机车上需要携带一定数量的煤和水，因此运行一段距离后要加水加煤。
1.3 蒸汽机车的构造
蒸汽机车构造与内燃机车、电力机车不同，其构造比较特殊。蒸汽机车主要包括锅炉部、机械部、走行部和煤水车四大部分，其他还有车钩缓冲装置、制动装置、控制和监测装置、司机室和辅助装置等部分。锅炉部的作用是使锅水吸收在炉床上燃烧的燃料释放出的热能而变为具有一定压强的蒸汽，并将蒸汽存储在锅炉中以备使用；机械部利用蒸汽在汽缸内膨胀做功，将热能变为机械能，通过与各动轮相连的连杆机构带动机车动轮转动；走形部承担机车上部重量，将机械部所作的功变为牵引力使列车运行，走行部一般都有导轮转向架帮助机车顺利通过曲线，而大功率蒸汽机车还有从轮转向架来承受锅炉火箱的重量；煤水车是装载煤、水、油脂和存放工具及备品的处所，连挂在机车的后部。
1.4 蒸汽机车的轴式和型号
蒸汽机车有不同的表示方法，按照车轴配列形式表示蒸汽机车的方法称为轴式。轴式将机车的导轴、动轴和从轴的数量用三个阿拉伯数字依次来表示，例如具有一根导轴、五根动轴和一根从轴的前进型蒸汽机车可表示为1-5-1。不同形式的蒸汽机车还采用了不同的型号来表示，我国的蒸汽机车型号是用汉字或汉字的第一个汉语拼音字母来表示，例如1957年生产的1-4-1式蒸汽机车叫做建设型机车，或以“JS”表示，1958年生产的2-3-1式蒸汽机车叫做人民型机车，或以“RM”表示。同一型号蒸汽机车的主要特征，如动轮和汽缸的直径不同时，可以用字母右下角的数字标示，如JF4、JF6等，还可以用特定号码区别同一型号的每一台机车，如解放2105，其中2105就是这台解放型蒸汽机车的特定号码。
1.5 各种用途的蒸汽机车
蒸汽机车按用途可以分为客运机车、货运机车、调车机车和工矿机车。客运蒸汽机车动轮直径比较大，并在前方装设二轴导轮转向架，能够牵引客运列车高速运行，并保证平稳通过曲线线路，轴式通常为2-3-1、2-4-2，如人民型和胜利型蒸汽机车；货运蒸汽机车动轮较多，动轮直径较小，汽缸直径较大，动轮前方装有单轴导轮转向架，具有较大的牵引力和粘着重量，轴式通常为1-4-1、1-5-0、1-5-1、1-5-2等，如前进型和建设型蒸汽机车；调车蒸汽机车通常不采用导从轮转向架，动轮直径较小排列紧凑，具有较短的车身和直径较小的车轮，方便司机了望和保证具有足够的牵引力，轴式通常为0-3-0、0-4-0、0-5-0等；工矿机车与调车机车大致相同，只是功率小一些。
1.6 中外蒸汽机车之旅
1830年以后,美国以及其他一些国家先后开始制造和使用蒸汽机车。1831年，美国土木工程师杰维斯首次在机车前部试装一台引导转向架，使机车能够在弯道上安全行驶；1836年美国坎贝尔设计了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改进后才成为完善的蒸汽机车。不久这台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。1884年瑞士人A·马利特发明关节复胀式机车，这种机车牵引力大，曲线通过能力强，1904年美国引进并在山区使用了马勒型机车，后改为单胀式。
中国在1881年唐胥铁路通车时成功试制了一台轴式为0-3-0的蒸汽机车，机车全长18英尺8英寸,命名为“中国火箭号”,可是中国工人却在机车两侧各刻一条龙，因而把它叫做“龙号”机车。新中国于1952年制成第一台货运蒸汽机车，定名解放型，轴式为1-4-1，不久又制造成功胜利型客运蒸汽机车，轴式为2-3-1。后来解放型改进设计成建设型蒸汽机车，胜利型经改进设计成人民型蒸汽机车。中国还自行设计制造了大功率干线蒸汽机车——前进型蒸汽机车，轴式为1-5-1，成为二十世纪六七十年代中国铁路的主型货运蒸汽机车。
1.7 蒸汽机车时代的结束
蒸汽机车虽然经过了100多年的发展，但是其运用热效率只有6％左右，加上保养维修量大、污染严重、日运行里程短，牵引力和功率不及内燃机车和电力机车。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。二十世纪六十年代末，世界上仍然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，只在特别为铁道迷及游客安排的路线上行走。在中国，某些地区煤炭的价格比石油低很多，使蒸汽机车仍然有使用价值。中国曾经是全球最后一个制造大型蒸汽机车的国家，1988年大同机车厂才停止生产蒸汽机车，中国于1992年停止使用蒸汽机车。蒸汽机车逐渐完成了它的历史使命，以它慢慢的速度向博物馆开去，铁路运输开始了电力机车和内燃机车的新时代。
1.8 国内蒸汽机车欣赏
（1）解放型蒸汽机车
解放型蒸汽机车是1952年在四方厂制造成功的新中国第一台蒸汽机车，从此揭开了我国蒸汽机车制造史上的新篇章，直至1960年解放型蒸汽机车停止生产制造了455台。解放型（JF）机车是对当时轴式为1-4-1的“ㄇㄎ”型主型货运机车的仿制机型。后来无论是新中国制造的，还是老ㄇㄎ型蒸汽机车都被称为JF型。
（2）建设型蒸汽机车
建设型蒸汽机车是大连厂在己经初步改造的解放型蒸汽机车的基础上进行优化改造设计开发成功的蒸汽机车，曾是中国铁路干线货运主型蒸汽机车。1957年7月制造成功第一台机车，同年9月投人批生产，1965年停止生产。20世纪80年代初又恢复生产了适用于调车及小运转的建设型蒸汽机车，直到1988年停止生产，两阶段共生产了1916台。
（3）胜利型、人民型蒸汽机车
胜利型蒸汽机车是四方厂于1956年制造成功的客运机车。编号从601号开始，到1959年停产为止共计生产了151台。胜利型干线客运蒸汽机车投人运用后，使长途直达旅客列车扩大了编组，客车数量由9辆增至 13辆。 胜利型后经改进设计成“人民型”蒸汽机车，成为20世纪50~60年代中国铁路干线客运主型蒸汽机车。
（4）前进型蒸汽机车
前进型蒸汽机车是我国自行设计制造的轴式为1-5-1的大功率干线货运蒸汽机车。大连厂于1956年制造出第一台，命名为和平型，以后有多家工厂生产此型机车，1964年后由大同厂批量生产，1971年定名为前进型。至1988年12月停止生产，近24年的时间内共生产4672台，接近全国制造的各种蒸汽机车总数的一半，是世界单机型蒸汽机车产量之最。
1.9 传奇的“火箭”
1826年，建设从曼彻斯特到利物浦的铁路的提案在克服了巨大的阻力之后，终于在英国国会获得通过。为了选择这条铁路使用的蒸汽机车，英国政府向社会进行公开招标，这次招标成了一场备受热情公众关注的竞赛。1829年10月，在莱因希尔附近的铁轨上，来自四家火车头制造商的蒸汽机车进行了公开比赛。最终，乔治·斯蒂芬森制造的“火箭”号蒸汽机车顺利地完成了各种情况下的运行，并达到了创纪录的57公里的时速，从而战胜了其他竞争对手赢得了最终的胜利。从那以后，“火箭”号蒸汽机车成为世界上最为广泛使用的蒸汽机车类型。
1.10 最大和最小的蒸汽机车
世界上体积最大的蒸汽机车是美国于20世纪30年代生产的“大婴儿号”机车，长达40米，自重350吨，功率达到6000马力。世界上轮径最大的蒸汽机车是目前陈列在德国纽伦堡运输史博物馆中的一台流线型七轴大型蒸汽机车，车轮直径为2.3米。世界最小的蒸汽机车是英国人肯·克鲁斯设计制造的实用微型蒸汽机车，车头长2英尺（0.61米），但开动起来时速可达32公里。此外，日本蒸汽机车迷们也曾手工制造了一台小型蒸汽机车，大小只有普通蒸汽机车的九分之一那么大。
1.11 世界上最快的蒸汽机车
1829年，“火箭号”蒸汽机车在英国的利物浦至曼彻斯特铁路线上，创造出了时速57公里的当时地面行驶车辆的最高速度；1855年，一辆夏普和罗伯尔机车把蒸汽机车的最高时速提高到100公里；1890年，在法国蒙特罗又以每小时114公里的速度再次打破这个世界纪录；1893年，美国一台“999”号蒸汽机车，曾创下当时每小时181公里的火车行驶速度新纪录；1905年宾夕法尼亚的一名列车员创造了时速220.5公里的新世界纪录；此外，德国的一台流线型七轴大型蒸汽机车于1925年在柏林至汉堡间运行的最高时速曾达到200公里；英国伦敦东北铁路公司“野鸭号”蒸汽机车于1938年7月3日在林肯郡葛兰山至诺山郭郡彼得市铁路上运行的最高时速达到202.8公里；美国的“大机器号”蒸汽机车于1946年为了弥补一次误点，曾把速度开到每小时226公里。这些蒸汽机车，不仅在当时、就是与当今的先进机车相比也不逊色。