火车的发展历程

火车的发展历程

梁政

我们进行远距离旅行，往往会乘坐火车，车上有座位、床铺、餐桌、洗手间等，简直就是一座流动的旅馆。坐在平稳的车厢里遥望车外的青山绿水、田园景色，令人心旷神怡。除此之外，火车还担负着运送工农业生产和国防建设物资的重任，真不愧为国民经济的大动脉！从火车的发明到现在已走过了207年，这个对推动世界工业化革命发挥了巨大作用的火车是怎样发生、发展、变化的呢现在就让我们一起去回顾这一段闪烁着人类智慧的光辉历史吧。

火车和所有其他的发明一样，都是为了满足社会需要而问世的。18世纪初，随着社会生产力的发展，人们急需一种比马车装得多、跑得快的新型车辆。在这种情况下，英国人瓦特发明了蒸汽机。这种机器比马的力气可大多了，它一问世就引起了人们的关注。

在那时，一些具有改革创新激情的人萌发了将蒸汽机装在车上，以代替人力或者畜力来拖动车辆。这个设想首先在军事上得到了应用。那时，欧洲各国的军队为了满足作战需要，把大炮的口径和射程做得越来越大。这就导致了炮的重量不断增加，用人推马拉的办法很难保证大炮能及时跟随部队转战。法国一位名叫居尼奥的炮兵军官，针对这一问题研制成了用蒸汽机推动的“蒸汽车”来拉炮，从而开辟了以机器为动力的现代车辆发展的道路，也为火车的诞生打下了基础。

这种将蒸汽机装在车子上的机械车是怎样推动车辆行驶的呢我

们从它的外形上可以看到，蒸汽机有一个大锅炉，装在车架的前端。在锅炉下面烧着煤火，用来将锅炉里面的水加热成蒸汽。由锅炉上的一根管子将蒸汽引入车子前轮上方的汽缸里，蒸汽的力气很大，便推着汽缸里的活塞向前移动，而活塞通过连杆和曲轴与前轮连在一起，于是随着曲轴的转动，车轮就跟着转起来，这就是蒸汽机车行走的基本原理。

此后不久，这种冒着黑烟、喘着粗气的车子先后在英国和德国出现了。英国人于1804年制成了蒸汽机车。不过，它的模样和先前不大一样了：有的将锅炉移到车子的中间，并罩上罩子，两头还装上几排座位；有的把锅炉移到车后部，而在前面坐人的地方装了一个车厢，等等。这种蒸汽车已经颇有点近代车的气派了。但提醒大家注意的是，当时这种蒸汽机车是在公路上行驶的，因为那时世界上还没有铁路。

世界上第一台行驶于轨道上的蒸汽机车是“新城堡号”蒸汽机车。它是由英国一位出身贫寒、到处漂泊的发明家理查德·特里维西克设计制造的。1804年2月29日，这台机车（自重5吨）首次在南威尔士的麦瑟尔提德维尔到阿巴台之间的轨道上作运行试验，车速为每小时8公里，只能牵引十几吨重，比马车好不了多少。但它却开辟了世界铁路史上第一台蒸汽机车的光辉行程。

图1 世界上第一台蒸汽机车“新城堡号”

1825年9月27日，史蒂文生亲自驾驶自己设计制造的“动力”1号机车，拉着550名乘客，从达灵顿出发，以24千米/时的速度驶向斯托克顿，这就是人类历史上第一列用蒸汽机车牵引，在铁路上行驶的旅客列车。

1830年以后，蒸汽机车的动轮由两对或三对发展至四、五、六对，热效率、牵引力和功率都有了较大提高。

自动车钩的诞生。自火车发明至19世纪初，每年都有大量铁路员工在火车运行过程中伤亡，其中1/3的人是在爬到两车之间挂车钩时伤亡的。美国人伊利·汉密尔顿·詹内发明了火车车厢自动挂钩装置（詹氏车钩），并于1887年被美国铁路系统采用，自动车钩的使用减少了人员的伤亡，提高了车辆摘挂效率。

空气自动制动机的问世。早期的火车进站后为了能够停住，司机只将机器关掉，拉响车上的锡制号笛，于是，男性旅客从速度较慢的车厢上跳下，大家齐力把车停住。后来一个20出头叫乔治·威斯汀豪斯的年轻人，从一篇介绍风钻的文章中受到启发，很快研究出一台空气制动阀（最早的空气制动用三通阀），把它安装在一列火车上进行试验，取得巨大成功。火车装上这一新型的空气自动制动机后，便可以在很短的距离内停车或进行调速了。

1881年中国工人采用矿场起重锅炉和竖井架的槽铁等旧材料，试制成功了一台0-3-0型的蒸汽机车。这就是中国历史上制造的第一台机车。

图2 中国自造的第一台0-3-0型的蒸汽机车在旧中国，铁路上运行的蒸汽机车和客、货车辆几乎都是外国货，五花八门，所以被人戏称为“万国车辆博物馆”。解放后党和政府十分重视铁路装备的自主研发。1952年7月26日，铁道部青岛四方机厂研制出我国首台蒸汽机车，机车重吨，车长22.6米，构造速度80公里/小时。该机车因为在8月1日前夕诞生，而被铁道部命名为“解放”型“八一号”，是中国在上世纪五十年代和六十年代铁路运输的主型蒸汽机车。

图3 新中国自造的第一台“解放”型蒸汽机车以后逐步发展出解放型和建设型，胜利型和人民型，FD型和前进型等6种主型蒸汽机车。

图4 解放后我国大量生产使用的前进型蒸汽机车蒸汽机车的优点是结构比较简单，制造成本低，使用年限长，驾驶和维修技术较易掌握，对燃料的要求不高。但蒸汽机车的主要缺点是热效率太低，总效率一般只有5-9％，使机车的功率和速度进一步提高受到了限制。其次是煤水的消耗量大，沿线需要设置许多供煤和给水设施；在运输中产生的大量煤烟污染环境；机车乘务员的劳动条

件差。随着铁路运量的增加和行车速度的提高，蒸汽机车已不适应现代运输的要求。

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”。后来又发明了燃烧柴油的内燃机，内燃机的出现，为火车的进一步发展带来了生机。

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做“电传动内燃机车”。

图5 我国生产的东风8CJ重载内燃机车

内燃机车与蒸汽机车相比，它的热效率高，一般可以达到20一30％。内燃机车加足一次燃料后，持续工作时间长，机车利用效率高，特别适用于在缺水或水质不良地区运行，便于多机牵引，乘务员的劳动条件较好。但其缺点是机车构造复杂，制造、维修和运营费用都较大，对环境有较大的污染。

一些发达的资本主义国家如美、英、法、德、日本等，已经在50年代和60年代就停止生产蒸汽机车，并于60年代和70年代停止使用这种机车。1988年12月，大同机车厂生产的我国最后一台蒸汽