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机车

机车是牵引或推送铁路车辆运行,而本身不装载营业载荷的自推进车辆,俗称火车头。按运送每吨公里消耗燃料量计算,机车是耗能最少的陆地运输工具。在台湾等地以及大陆地区也有将重型摩托车称为“机车”的叫法,“机”是motor的意译。

机车一般由蒸汽机柴油机燃气轮机牵引电动机等动力机械直接或通过传动装置驱动。动力机械使机 车动轮产生力矩,同时道路又给动轮以大小相等、方向相反的反作用力。各个动轮反作用力之和称为 机车牵引力。这个牵引力是由动轮周上作用力而产生的切向外力,所以又称为轮周牵引力

摩托车在最高车速、总质量、电动输出功率、以及驱动方式等方面都属于机动车范围。按照发动机排气量,50cc称为轻型机车。50cc-250cc称为小型机车。250cc-600cc称为中型机车。超过600cc称为重型机车。按照车型可分为:街车;跑车;巡航;拉力;越野;踏板等。

史蒂芬森的机车头 史蒂芬森设计的叫“火箭”的机车头通过破纪录的速度,在1829年英国曼彻斯特进行的雨山试验中取得成功。“火箭”促使整个世界从用绳拉的固定发动机向移动动力转变。此后的150年间,史蒂芬森“火箭”的基本设计原理成为把人和货物送往世界各地的动力设计的标准。

牵引或推送其他铁路车辆运行于铁路上,本身不装载营业载荷的自推进车辆,俗称火车头。机车是铁路运输的重要工具。

机车是利用蒸汽机、柴油机、牵引电动机或其他动力机械产生的动力,并通过机车传动装置驱动动轮(驱动轮),借助动轮和钢轨之间有一定的粘着力而产生推动力即机车牵引力。机车产生的牵引力克服列车阻力,可拖动比它自身重量大10倍或20倍以上的车列。通过列车牵引计算,可求得某一机车能牵引车列的总重量。要提高机车牵引力,就要相应地增加机车粘着重量(机车所有动轮作用于轨道上的重量)。然而决定粘着重量的机车轴重(一根动轴上的两个动轮垂直作用于轨道上的重量)是有限度的。如果超过轴重限度,就要增加轴数。因此,轴数是机车的重要参数,由各种轴数组成的车轴排列式可以表征机车的性能和用途。

机车或列车在轨道上运行,必须能随时减速或停止运行,所以在机车和铁路车辆上都装有制动装置(见列车制动装置),由司机操纵。此外,还可以利用机车动力装置、传动装置或牵引电动机的逆动作所产生的阻滞作用辅助制动装置工作(见机车动力制动)。

机车或列车运行时,车轮压在轨道上滚动,而车轮和轨道都是弹性体,都会产生弹性变形,不可能有真正的圆形和平直的线或面。每辆车在运动中的速度不完全一致,车钩缓冲装置动作也不一致,机车车辆在运动中产生不平衡的力,制动时产生不同的制动力,以及列车通过曲线线路等这些复杂因素,加上外界气流紊动的影响,都会使机车或列车产生垂向、横向和纵向振动。因此,产生的机车车辆纵向动力,对机车车辆车架、车体和车钩缓冲装置都有影响。在列车和轨道之间产生的轮轨相互作用的动作用力,影响转向架轮对钢轨的使用寿命。

在陆地运输工具中按运送每吨公里消耗燃料量计,机车消耗能源较少。机车的费用却在铁路运营费用中占颇大比重。为了发挥机车的最大经济效益,各国铁路企业都制订有机车运用管理机车检修的制度。

机车文化

在大陆机车也指摩托车,按照发动机排气量,50cc称为轻型机车。50cc-250cc称为小型机车。250cc-600cc称为中型机车。超过600cc称为重型机车。

按照车型可分为:街车;跑车;巡航;拉力;越野;踏板等。

世界上最早出现的机车是蒸汽机车,以后又出现电力机车、柴油机车、燃气轮机车。

蒸汽机车的发展 1803年英国的特里维西克制造出第一台在轨道上行驶的蒸汽机车;1814年,英国的斯蒂芬森制造出一台 5吨重的“皮靴”号蒸汽机车,这通常被认为第一台成功的机车。但真正在铁路上使用,并为现代蒸汽机车奠定基础的,是斯蒂芬森父子设计建造的、并于1829年在比赛中获奖的“火箭”号蒸汽机车,它行驶速度达58公里/小时,创造了当时地面行驶车辆的最高速度。

1831年,美国土木工程师杰维斯首次在机车前部试装一引导转向架,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加装车轴均衡机构的改进后,才成为完善的机车。不久这辆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。该型999号机车于1893年创造了181公里/小时的当时最高速度。

为了提高饱和蒸汽的利用率、加大机车的牵引力,并能更好地通过弯道,1888年瑞士造出第一台关节复胀机车,由工程师马勒设计,称马勒型机车。1904年美国引进并在山区使用了马勒型机车,后改为单胀式,制造出最大的蒸汽机车2-4-4-2型。

进入20世纪,采用过热蒸汽的蒸汽机车迅速推广,这时的机车已向大蒸发量、大尺寸、大锅炉的大型化发展。中国于1881年制出自己的第一台蒸汽机车“中国火箭”号,运行于唐山-胥各庄铁路。

蒸汽机车虽经100多年的发展,但运用热效率只有6-左右,加上保养维修量大、污染严重、日运行里程短,因此逐渐被热效率高、运用率高的电力机车和柴油机车取代。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、中国于1992年相继停止使用蒸汽机车

电力机车的发展 1835年荷兰的斯特拉廷和贝克尔两人,试制了以电池供电的两轴小型铁路电力机车;1842年,苏格兰的戴维森制造出一台由40组电池供电的标准轨距的电力机车;1879年,德国的西门子设计制造了一辆小型电力机车,电源由机车外部的150伏直流发电机供给,并通过两轨道和其中间的第三轨道向机车输入,电力机车首次成功行驶。

1890年英国伦敦首次用电力机车在5.6公里长的一段地下铁道上牵引车辆。1895年美国的巴尔的摩铁路隧道区段采用的干线电力机车,功率为1070千瓦。20世纪初,欧洲有几个国家曾建成几段以三相交流电供电的电气化铁路

20世纪初,电力牵引的优越性已被公认,到20年代末,几乎每个欧洲国家都已有电气化铁路。因三相交流供电系统和机车变流装置复杂,电力机车逐渐趋向采用工频单向交流电。50年代以后,随着大功率汞弧整流器和引燃管整流器的出现,特别是硅二极管整流器的出现,促进了采用工频交流电的电力机车的发展。

70年代以来,干线电力机车向大功率、高速度、耐用方向发展。客运电力机车的速度已从每小时160公里提高到200公里。中国1958年制成了第一辆以引燃管整流的“韶山”型电力机车,1968年又改用硅整流器成功,制成“韶山-1”型电力机车。

内燃机车的发展 在柴油机车出现之前,1906年美国制造出电力传动的汽油动车。1913年瑞典制造出电力传动的柴油动车,这些动车与柴油机车的构造类似。1924年苏联用一台735千瓦潜水艇柴油机,制成一辆电力传动的柴油机车。1923年美国制成220千瓦的电力传动的柴油机车。

到了二十世纪30年代初,柴油机车进入了试用和实用阶段、功率多在一千千瓦以内,主要以调车机车为主。到30年代后期,出现了单节机车多节联挂的干线客运柴油机车。

柴油机车的运行表明,它的经济效益比同等功率的蒸汽机车高得多。1945年以后,柴油机车进入大发展的阶段。柴油机上多配装废气涡轮增压系统,功率普遍提高。中国东北地区在30年代曾试用柴油机车,1958年开始制造巨龙号内燃机车

燃气轮机机车的发展 最早的燃气轮机车是从使用复式燃气轮机开始的。1933年瑞典制成了480千瓦的自由活塞燃气轮机车;1951年法国先后制成735千瓦和1770千瓦自由活塞燃气轮机车;1954年前苏联制造了2210千瓦的自由活塞燃气轮机;1941年,瑞士首先制造出开式燃气轮机车;40年代末和50年代,英国、美国等制造出不同功率的开式燃气轮机车。

最早发明的机车是蒸汽机车,它利用蒸汽机代替畜力牵引轨道上的车辆。以后出现的各种机车也是在新型动力机问世后研制出来的。继蒸汽机车之后依次出现的几种机车是:电力机车柴油机车燃气轮机车

1804年英国人特里维西克创造出第一台蒸汽机车。1829年制造的“火箭”号机车奠定了现代蒸汽机车的基本形式,后来在构造和效率方面作了不断改进。为适应运输需要制造出各种用途的蒸汽机车,又不断向大功率、大牵引力和高速度发展,到20世纪30~40年代达到高峰。

1879年首次制成应用第三轨供直流电的小电力机车。19世纪90年代有些国家便在地下铁道、大城市市郊铁路和干线长隧道区段应用电力机车。到20世纪20年代末,不少国家已有电气化铁路,大多采用架空的接触网供直流电。50年代,大功率引燃管式整流器和60年代大功率半导体整流器件问世后,工业频率交流电力机车得以迅速发展。这种机车功率增大,性能显著改善,虽然基本建设投资较大,但经济效益高,可以用在运输繁忙的电气化铁路干线上。

1923年柴油机车制成试用,1925年正式应用。初期因柴油机功率不大,多用于调车作业;后来有了1000千瓦左右的机车用柴油机,便制造出干线用机车,由两节或多节联挂。从运用结果表明它比蒸汽机车优越。50年代就迅速推广开来,功率也逐渐增大。

1941年制造燃气轮机车,1943年首次在铁路上运用,有少数国家在做试验性运用或小批量正式运用后停用。虽未大量采用,但有发展前途。

蒸汽机车构造简单,成本低廉,坚固耐用,在铁路上原占主导地位。但因经济效益不高和排烟污染环境而逐渐被柴油机车和电力机车取代。美国于1960年,英国于1968年,法国于1972年,日本于1975年,联邦德国和苏联均于1977年相继停用。虽有不少国家仍在使用,但担负的运量比重日益缩小。

一般牵引方式是用 1台机车在车列前端牵引。列车在陡坡道向上行驶而机车牵引力不足时,可在列车尾部加挂补助机车推送,以通过困难区段。用增加列车重量来提高运输能力时,可用双机重联(两台机车联挂)甚至多机重联牵引列车。电力机车和柴油机车多机重联使用时,可由最前面的 1台机车的司机集中同步操纵,后面的机车不需司机操纵。蒸汽机车就做不到这一点,而且后面机车的牵引力还要折减。这也是电力机车和柴油机车优于蒸汽机车的地方。北美铁路除普遍使用多节柴油机车重联牵引外,还在一些铁路上使用“被控”重联机车,置于列车全长约2/3处,由列车司机在首部机车司机室内用无线电遥控。这种列车长度通常可达250辆货车。

机车可按所采用的动力装置、用途和走行部形式分类。

按动力装置分类,可分为两类。

①热力机车:

所装的原动机属于热机,如蒸汽机车、柴油机车、燃气轮机车等。这类机车都携带燃料和水,是自带能源的机车,能独立地行驶,只要有合适的轨道和添加燃料与水的设备,就能运行。但机车重量和外形尺寸分别受轴重和铁路限界的约束,不能造得过重过大,因而装于机车内的动力装置的重量和尺寸也受到约束。

柴油机和燃气轮机均属内燃机,装用这两种原动机的机车称为内燃机车。我国主要有东风内燃机车(DF)。柴油机车安装用的传动装置的传动方式,又可分为机械传动柴油机车、电力传动柴油机车和液力传动柴油机车;燃气轮机车也是如此。

②电力机车:

一种由外部电站输给沿铁路的变电所,再经轨道上空的接触网或铺设于轨道一侧的第三轨供给电能的机车。供电容量不受额定功率限制,因此,它具有功率大,短时过载能力强,运行速度高,加速快,牵引力大,没有排烟排气污染环境等优点,适用于运输繁忙或坡度大、隧道长的铁路线上,尤其适用于大城市城郊运输和地下铁道运输。但这种机车只能运行于架有接触网或铺设第三轨并供电的线路上,不如热力机车机动灵活。电气化铁路还对附近电信通信有干扰。因为要架设接触网或铺设第三轨以及每隔一定距离设置变电所等,所以基本建设投资较大。我国主要有韶山电力机车(SS)。

按用途分类,可分为五类。

客运机车

牵引客车车列的机车,需有较高的运行速度和起动加速度,并能作长距离运行,但牵引力不一定要很大。

②货运机车:

牵引货车车列的机车,须有相当大的牵引力,能作长距离运行,但运行速度不必很高。

③客货通用机车(或通用机车):

牵引重的(辆数多的)客车车列或较轻的快速货车(装鲜活货、冷藏货等)车列,其性能介于客运机车和货运机车之间。

调车机车

在车站内或编组站(场)用于车列的解体和编组,如牵出、转线和车辆的取送等作业的机车。这种机车起动和停车频繁,正向和反向行驶频繁,应有足够的粘着重量、牵引力、起动加速度,必要的功率和良好的换向性能,运行速度可更低些。调车机车有站内调车机车和编组站调车机车两种。前者适用于车站进行客车车列或部分货车车列的摘挂和牵出作业,也适用于工矿企业厂内运输,所需功率较小;后者适用于编组站(场)进行车列解体、编组和牵出作业,也可兼作短途运输。

⑤工矿机车:

担任采掘、冶金、石油、化工、森林等企业内部运输和工厂内部运输的机车。一般说功率比铁路干线用的机车小,速度要求也不高,但须有足够的牵引力。在某些特殊工厂运输用的机车还须有防火、防爆等设施。为此,有几种专门设计的机车,如:压缩空气机车,以压缩空气贮气罐代替蒸汽机车锅炉,将压缩空气降压输至汽缸工作;无火蒸汽机车,又称蓄蒸汽机车,实际是无火箱的常规蒸汽机车,是将有一定压力和相应温度的饱和蒸汽和饱和水储于保温的锅炉内降压输至汽缸工作;蓄电池机车,自身携带蓄电池供电给牵引电动机来驱动车轮的电力机车。

按走行部形式分类,可分为两类。

①车架式机车:

机车的动轴以固定位置装于刚性车架。蒸汽机车的动力通过摇杆、连杆驱动各动轮;不少小型柴油机车的动力是通过变速齿轮箱输出齿轮轴两端所装的曲拐销以连杆驱动动轮。这种走行部有结构简单、造价低廉等优点。但固定轴距(装在刚性车架上的最前轴和最后轴按轴心计算的水平距离)长,通过曲线线路较困难,不宜于高速行驶,因此蒸汽机车的动轮前部装有导轮转向架,后部装有从轮转向架,但这种机车仍属车架式机车。

②转向架式机车:

机车车架两端各由一台可平旋的转向架支撑。两台转向架与车架相连接,并将动轮产生的轮周牵引力传递给车架和车钩。电力机车、柴油机车和燃气轮机车都采用这形式。每台转向架可装2~4根轴,一般装2~3根轴。转向架各轴通常均为动轴,电力传动机车的动轴几乎都是单独驱动的,只有单牵引电动机车转向架和液力传动机车转向架的动轴是联动的(成组联合驱动的)。机车各转向架都可沿曲线线路平转,固定轴距短,易于通过曲线线路,加之弹簧悬挂系统完善,因而运行平稳,利于高速行驶。

按车体形式分类,可分为两类


  

罩式车体:一般多用于调车机车、矿工机车等,也有一些干线货运机车采用这种车体。我国所生产的东风2、东风5和东风7以及从美国所进口ND5型机车均属于罩式车体。它在车架中间有一座”小房子“,除了司机室外,还把机器罩起来,需要时才打开罩。

棚式车体:一般多用于干线机车,将机器和过道同时罩起,司机可以看到机器,听到他的响声。

简称轴(轮)列式,用简单符号标出机车走行部结构特点,从而能表示出机车的主要性能和用途。这种标示方式使用简便,为各国铁路所采用并定有专门标准。标示符号用一组阿拉伯数字,或大写拉丁字母,或兼用数字和字母,安装于一刚性构架(车架或转向架)中固定位置的车轴(轮)数,划分成组组成。符号自左向右依次表示机车从前到后各组车轴(轮)数。

车架式机车轴(轮)列式表示方法  多用于蒸汽机车,常用的有三种。①按各组轴数用数字表示,各组数字之间加一短横线,采用此法的有中国、苏联、法国等国。②形式与①相同,只是将轴数改为轮数,采用此法的有英国、澳大利亚和美洲国家,以及亚洲和非洲的一些国家。③按各组轴数,以数字表示导轴和从轴(非驱动轴)数,以字母顺序表示动轴数,采用此法的有联邦德国和欧洲其他一些国家。符号排列顺序是:

导轴(轮)数-动轴(轮)数-从轴(轮)数如果机车只有1根导轴和4根动轴,而无从轴,用上述三种方法则分别列成:1-4-0,2-8-0,1D。又如关节式机车的前车架有1根导轴和4根动轴,后车架有4根动轴和2根从轴,则分别列成:1-4+4-2或者1-4-4-2,2-8-8-4,1D-D2。

转向架式机车轴列式表示方法  各国都按每台转向架的轴数表示,两转向架轴数之间加一短横线划分,常用的有两种表示法。①用数字表示动轴数和非动轴数。②以字母顺序表示动轴数,以数字表示非动轴数。数字或字母有注脚“0”者表示每一动轴均为单独驱动,数字或字母上方加撇号“′”或无注脚者表示动轴为联动。北美洲国家的转向架式机车都是单独驱动的,所以无需加注脚或撇号。符号排列顺序是:

前转向架轴数-后转向架轴数

如机车由两台 3根动轴单独驱动转向架构成,则分别表示为:30-30,C0-C0或C-C(美洲国家);同样机车如为联动轴转向架(液力传动的或单牵引电动机的),则分别表示为:3-3或3′-3′,C′-C′。又如一机车由两台3轴转向架构成,但每台转向架中间的一根轴为非驱动轴,则分别表示为:10110-10110,A01A0-A01A0或A1A-A1A。

蒸汽机活塞(鞲鞴)的平均速度是有限度的,所以需要改变动轮直径来满足对机车最高速度或牵引力要求。客运蒸汽机车一般用 3根联动轴,客、货通用机车用 4根联动轴,动轮直径较大,约为 1.650~2.000米,最大的达到2.133米(84英寸)以提高速度;导轮用2轴转向架,以利高速运行时平稳安全地通过曲线线路;从轮轴数视锅炉大小而定,常用1~2根轴。货运蒸汽机车一般由4~5根动轴以增加粘着重量来保证发挥大牵引力,如果要求有更大的牵引力,就要用动轴更多的关节式机车,动轮直径小些,约为1.350~1.750米;导轴和从轴一般各为1根,更大型的也有用各为 2根轴的。调车机车速度低,为了充分利用粘着重量,一般没有导轴和从轴。工矿机车的轴列式同小型货运机或调车机车相似。

不同用途的电力机车和柴油机车等不是以动轮直径大小来区分,而是用各自国家所定的一两种标准尺寸,因为只要改变车轴传动齿轮比,就可获得所需的最大速度或牵引力。从运行品质着眼,客运机车最好用 2轴转向架;大功率的重机车可用3轴转向架。货运机车一般用3轴转向架,功率和牵引力更大的可用4轴转向架。调车机车和工矿机车可根据所需牵引力和允许轴重采用2轴、3轴或4轴转向架机车。上述各种用途的机车可分别组成4轴、6轴或8轴

机车:在台湾有时会用来形容人难以相处,作为一种骂人用语。由来为台湾闽南人中,部分人士对于令人不满的人会以粗俗词语“欠奸”(闽南语)来形容,甚至以“膣”(闽南语,发音类似“机掰”)取代“欠奸”,但由于感到不雅或故意作为玩笑,起于民国80年代的学生族群,有一些人“机……”第一个音发出后,第二个音改接“车”而成为“机车”。

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