蒸汽火车 (蒸汽火车)

蒸汽火车(交通工具)

蒸汽火车也叫蒸汽机车，是利用煤为动力，以蒸汽机为核心的最初级最古老的火车。

蒸汽火车的外观和功用与如今的各种火车相差甚远，它是世界上第一代的火车，蒸汽火车通过用煤烧水，使水变成蒸汽，从而推动活塞，使火车运行。

蒸汽火车曾以无比的巨力开启过人类历史上一个崭新的时代。一般蒸汽火车的速度为60千米/小时。现在已被淘汰。

基本介绍

中文名：蒸汽火车外文名：Steam Locomotive别名：蒸汽机车地位：第一代的火车使用燃料：一般用煤创始人：乔治·史蒂芬森一般时速：60-80千米

历史沿革

发明背景

瓦特（JamesWatt,1736～1819）英国发明家、工程师。1736年1月19日生于苏格兰的一个小镇格里诺克。他从小体弱多病，由父母进行了启蒙教育。父亲是个具有多种手艺的工匠，受其影响瓦特从小就有实验的兴趣和才能。传说他小的时候，曾用布把壶嘴堵死，看到蒸汽的力量把壶盖沖开。这一现象激发了他的探索精神。后来进了格里诺克文法学校学习，因身体不好，退学在家自学，并经常随父亲到工厂学习製作机械模型、仪器的技术，进行化学和电学实验。靠着虚心求学、刻苦钻研的精神，15岁学完了《物理学原理》并获得了丰富的木工、金属冶炼和加工等工艺技术。1753年他在家钟錶店学手艺。1753年又跟有名的机械师摩尔根当学徒。经过刻苦学习，努力实践，他已能製造难度较高的象限仪、罗盘、经纬仪等。1756年在格拉斯哥大学当了仪器修理员，这是他一生的转折点。一方面该校具有较完善的仪器设备和先进技术，为他的工作创造了良好的技术条件。更重要的是他在这里结识了英国化学家、物理学家J.布莱克等着名学者，他可以经常跟他们讨论改进蒸汽机的理论和技术问题，从他们那里学到许多科学理论知识。这对他后来的发明工作影响很大。1764年瓦特在修理纽科门蒸汽机时，精心研究了这种热机的工作原理和耗煤量大、效率低的癥结。他受J.布莱克的潜热学说启示，找到了纽科门蒸汽机耗煤量大、效率低的原因，即汽缸在使气体膨胀和用水冷凝时一热一冷，损耗大量热量。瓦特于1765年发明了把冷凝过程从汽缸中分离出来的分离式冷凝器。冷凝器的发明在蒸汽机的发展中起了关键性的作用。1768年他製成了一台单动作蒸汽机（活塞单方向推动做功），这台蒸汽机还採用了汽缸外设定绝热层、用油润滑活塞等各种新措施，大大降低了蒸汽消耗量，耗煤量只有纽科门机的1/4，动作也更迅速。1776年这种机器开始在厂矿使用。1781年，他发明了行星式齿轮，将蒸汽机活塞的往运动变为旋转运动。1782年他发明了大动力的“双动作蒸汽机”并获得专利，并利用飞轮解决了蒸汽机运转的稳定性问题。1784年他发明了平行运动连桿机构，解决了双动作蒸汽机的结构问题。1788年他发明了离心式调速器和节气阀，用来自动控制蒸汽机的运转速度。1790年发明了蒸汽机配套用压力计。到此为止，瓦特完成了对蒸汽机的整套发明过程。经过他的一系列重大的发明和改进，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，而且配套齐全、性能优良、切合实用。瓦特由此博得了第一部现代蒸汽机——高效率瓦特蒸汽机的发明者称号。很快，瓦特蒸汽机在纺织、採矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛套用，极大地推动了英国和欧洲的第一次工业革命，使世界进入了“蒸汽时代”。瓦特对蒸汽机的发明、改进及蒸汽机的广泛套用，直接推动了热力学理论的研究和发展。随着蒸汽机的广泛使用，人们试图在铁路上用蒸汽机作动力以取代原来在铁路上使用的有轨马车。第一部蒸汽机车是由英国人乔治·史蒂芬森（George Stephenson,1781--1848)製造的。1814年7月25日，史蒂芬森自己动手製作的世界上第一台蒸汽机车开始运行，取名“布鲁克”号，人称“火车”。1825年9月27日，史蒂芬森亲自驾驶他同别人合作设计製造的“旅行者号”蒸汽机车在新铺设的铁路上试车，并获得成功。蒸汽机在交通运输业中的套用，使人类迈入了“火车时代”，迅速的扩大了人类的活动範围。

中国发展

蒸汽火车在中国有百余年历史。从1843年魏源在《海国图志》中告诉中国人世界有了这项发明开始到20世纪30年代，中国成为世界着名的“万国机车展览会”。一方面火车在中国发展的历史正好是一部帝国主义侵略瓜分中国的历史，但在另一面，它也记载了先进文明对于专制、独裁以及腐朽和愚民文化的惩罚。1865年，英国人带来了他们的蒸汽火车，在北京宣武门外铺设了长500米的中国土地上第一条铁路，但是这个庞大的怪物把当地居民吓坏了，慈禧太后下令拆除。1876年，英国人又在上海吴淞到江湾修建了第二条铁路，这或许是中国历史上真正运行的第一条铁路，因为轧死了一个人，老佛爷再次下令，用大笔银两从英国人手中把它赎回，然后拆除。1949年中国终于摆脱战争重获安宁，那些曾经的敌人被赶走了。但历史也再一次让我们和先进的科学技术隔开，带着民族的雄心和自信，我们进入了自力更生的年代。1952年底，山东四方机车车辆厂生产出了第一台国产蒸汽机车——解放型2121号。这台按日本“***型”仿製的机车一时成为了国家的骄傲。同一年，日本宣布停止生产蒸汽机车，稍后，美国和苏联也分别在1953年和1957年宣布不再生产蒸汽机车，他们已经在1952年时就进入了内燃机时代。儘管在20世纪30年代，世界上就已经有了100多种型号的蒸汽火车，但在随后的日子里，最好的蒸汽火车都是由中国人生产出来的。我们可以列举出它们的名字：“解放号”、“反帝号”、“和平号”、“反修号”以及之后的“跃进号”和“前进号”。根据这些新改良的机车型号，可以推测出产生它们的年代。到1988年中国停止蒸汽机车的生产为止，我们一共造出了9698台蒸汽机车，最好的机车已经达到世界领先水平。2016年1月，新疆哈密地区三道岭煤矿中国最后一批6台蒸汽火车退役。

工作原理

蒸汽火车的发动机其实就是个燃煤蒸汽锅炉，通过煤的燃烧使水变成高压高温蒸汽（蒸汽具有很大的能量），把蒸汽喷在发动机汽缸里推动活塞，活塞通过带动其他机械使车轮前进。

组成部分

蒸汽火车主要由四大部分组成：锅炉、汽机、车架走行部分和煤水车。

锅炉

锅炉是用来产生和贮存蒸汽的装置，是机车的“心脏”。锅炉用钢板焊接而成，主要由火箱、锅胴、烟箱三部分组成。火箱是烧煤的地方，分内外层，内层叫内火箱，外层叫外火箱，两层之间充满了水。火箱底部是炉床和灰箱，灰箱是用来接存煤灰的。
锅胴在锅炉的中部，它的后端与外火箱相接，前端与烟箱连线，内部有大烟管、小烟管，大烟管里还装有过热管。火箱里的煤在燃烧时，通过内火箱板和小烟管加热锅水，并通过大烟管对过热管里的蒸汽进一步加热，把它变成过热蒸汽。锅胴的顶部有一个汽包，用来 集聚蒸汽，汽包内装有汽门(调整阀)。烟箱在锅炉的前端，锅胴分界的足烟箱管板，烟箱内有通风、排烟装置。除了以上三部分，锅炉还装有安全阀、注水器、水錶、汽压表等必要的附属装置。安全阀是个重要部件，每台机车上一般至少装两个 . 当锅炉内蒸汽压强超过规定时，安全阀自动打开放汽，降低炉内压强。注水器可随时向锅炉内补水。锅炉内的水位和蒸汽压强则通过水錶、汽压表观察。

汽机

汽机的作用 ，是把蒸汽的热能转变为机械能，让机车产生动力，推动机车运行。一台机车上 有两套汽机，装在机车的两侧。汽机由汽室、汽缸、传动机构、配气机构组成。
汽室在汽缸L方的导轮和动轮之问。汽室、汽缸两头有汽口相连。汽室的中部与主蒸汽管相通，主蒸管来自烟箱。过热蒸汽从主蒸汽管进入汽室。汽室内装有汽阀，配气机构带动汽阀前后往复运行，同时向汽缸内配汽。汽室两端有排气道，和烟箱里的废汽喷嘴相通，汽缸内的废气由此向外排出。汽缸内装有活塞。过热蒸汽进入汽缸后推动活塞移动。活塞位于气缸前端时，汽阀操纵蒸汽从前端汽口进入汽缸，推动活塞向后运动;活塞到达后端时，蒸汽从后端汽口进入，推动活塞向前运动，通过前后两个汽口不断地交替进汽，使活塞持续地作往复运动。在实际运用中，活塞从一端向另一端移动还没有到头时，汽阀就停止给汽，这样可以充分利用蒸汽的热能，节约使用蒸汽。活塞上连着活塞桿，这是传动机构的一部分。传动机构的其他部分还有十字头，摇桿、连桿、曲拐销，通过这些机构，把活塞桿的往复运动变成车轮的滚动。配汽机构由汽阀、偏心桿、月牙板、滑块、半径桿、回动手把、回动机等零部件组成。通过一连串的机械动作，最后带动汽阀来回往复运动，控制向汽缸给汽的时机。机车前进通过回动手把和回动机来实现。机车启动时，司机操纵调整阀手把，打开 调整阀，让锅炉里的蒸汽经过汽室进入汽缸，推动活塞移动，活塞带动活塞桿，再带动十字头、摇桿和机车主动轮上的主曲拐销，推动主动轮滚动。主动轮一滚动，通过连桿带动其他动轮同时滚动。要停午时，司机操纵调整阀手把，关闭阀门，锅炉内蒸汽不再进入汽室、汽缸，驱动机车运行的动力也就消除了。

车架走行部分

车架走行部由车架、弹簧装置、动轮轮对、导轮转向架、从轮转向架和牵引装置等构成。锅炉、汽机等固定在车架上，弹簧吊桿、均衡梁和销套与弹簧相互连线组成弹簧装置，车架悬置在各个弹簧上，弹簧鞍的上部支撑弹簧，中部跨装在动轮轴箱顶部。弹簧支撑的重量，经过轴箱体、轴瓦、轴颈、传到轮对。

煤水车

煤水车主要用来装煤、水、润滑油。同时存放机车其他备品。有的蒸汽机车带有加煤机，也装在煤水车上。煤水车一般是四轴车，少量大容量煤水车也有6根轴的。蒸汽机车分客运、货运、调车机车三种类型Q客运机车要求运行速度高、通过曲线时平稳，因此机车车轮较大，而且在动轮的前面有一个两轴导轮转向架。货运机车牵引的货物要比客运机车牵引重量大，所以动轮比客运机车多，但直径比客运机车小，汽缸的直径较大，这样才能产生较人的牵引力和粘着重量。动轮前面设有单轴导轮转向架。调车机车专门用于调车作业，需要经常通过道岔和小半径曲线，因此这种机车车身短，动轮直径不大。

社会影响

蒸汽火车发明后，铁路交通迅速发展，为人们的生产和生活带来了极大的便利。但是蒸汽机车由于具有笨重(庞大的锅炉)，速度慢，效率低，噪音大(“况且况且”声)，工作环境差(高温，烟和粉尘)等缺点，在铁路上逐步被内燃机车(柴油机车)和电力机车淘汰。现在我国和世界上许多国家，都不再生产蒸汽机了。