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定义

铁路列车,简称铁道机车,俗称

  动车组

火车^[1],是指在铁路轨道上行驶的车辆,通常由多节车厢所组成.^[2]

人类历史上最重要的机械交通工具,早期称为蒸汽机车,有独立的轨道行驶.铁路列车按载荷物,可分为运货的货车和载客的客车,亦有两者一起的客货车.

发展历史

在1781年,火车先驱

  内燃机车

乔治.斯蒂芬森出生在一个英国矿工家庭,直到18岁,他还是一个目不识丁的文盲.他不顾别人的嘲笑,和七八岁的孩子一起坐在课堂里学习.1810年,他开始制造蒸汽机车.1817年,当斯蒂芬森决定他主持修建从利物浦到曼彻斯特的铁路线上完全用蒸汽机车承担运输任务.但是,保守的铁路拥有者却对蒸汽机车的能力表示怀疑.他们提出,在铁路边上固定的牵引机,用拖缆来牵引火车.斯蒂芬森为了让人们充分相信火车的性能,制造出了性能良好的“火箭号”机车.这种机车的卓越表现终于让怀疑者改变了态度,利物浦--曼彻斯特铁路因此成为世界上第一条完全靠蒸汽机运输的铁路线.

1804年,一个名叫德里维斯克的英国矿山技师,首先利用瓦特的蒸汽机造出了世界上第一台蒸汽机车.这是一台单一汽缸蒸汽机,能牵引5节车厢,它的时速为5至6公里,而真正的蒸汽机车即火车是由史蒂芬孙（又译乔治·斯蒂芬森）发明的.这种车因为当时使用煤炭或木柴做燃料,所以人们都叫它
“火车” ,这个名称一直沿用至今.

最早使用燃煤蒸汽动力的燃煤蒸汽机车有一个很大的缺点,就是必须在铁路沿线设置加煤、水的设施,还要在运营中耗费大量时间为机车添加煤和水.这些都很不经济.在19世纪末,许多科学家转向研究电力和燃油机车.

  动车组

世界上第一列真正在轨上行驶的蒸汽火车是由康瓦耳的工程师查理礠里维西克所设计的. 它的火车有四个动力轮,1840年2月22日试车,空车时,时速20公里,载重时,每小时8公里(相当于人快步行走的速度). 不幸,火车的重量压垮了铁轨.

1879年,德国西门子电气公司研制了第一台电力机车,重约954公斤,只在一次柏林贸易展览会上做了一次表演.1903年10月27日,西门子与通用电气公司研制的第一台实用电力机车投入使用.

燃油机车1894年,德国研制成功了第一台汽油内燃机车.并将它应用于铁路运输,开创了内燃机车的新纪元.但这种机车烧汽油,耗费太高,不易推广.

1924年,德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车,并在世界上得到广泛使用.

1941年,瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车,以柴油为燃料.

  火车图片^[3]

且结构简单、震动小、运行性能好,因而,在工业国家普遍采用.

21世纪10年代以来,各国都大力发展高速列车,例如法国巴黎至里昂的高速列车,时速到达300公里；日本东京至大阪的高速列车时这也达到300公里以上.人们对这样的高速列车仍不满足.法国、日本等国率先开发了磁悬浮列车.我国也在上海修建了世界第一条商用磁悬浮列车线,由地铁龙阳路站到浦东机场.这种列车悬浮于轨道之上,最高时速可达500－600公里.

2转弯原理

火车的转向架卡在轨道上沿着轨道行驶,转弯时转向架转动,让火车沿着轨道继续行驶. 转弯时外轨高于内轨.

3动力

最初的列车是由绳索或马匹拉动的.到了十九世纪,多数的列车都改由蒸汽机车牵引.1940年代以后蒸汽机车渐由较清洁及需要较少劳力的柴油机车取代,后来又出现电力机车和动车组.

  火车^[4]

电气化铁路的最初投资很大,但按每里计算则是运作成本最低的.因此只有高流量的线路才适合电气化.电气化列车可能使用高架电缆或第三轨取电.

以动力的单位千瓦特（KW）除以能够牵引的重量公吨（Ton）来计算动力机车头的效能称为牵引能力比,蒸汽机车效能最低,其次是柴油机车（电力传动比液力传动效益高）,电力机车或是电联车相对而言就经济的多.因为不需消耗额外的动能来牵引产生动力的引擎.

牵引动能比由小排到大依序为：（客运飞机、摩托车、一般家庭的汽车、公路上跑的卡车、农用牵引机、全挂拖车、）蒸气机车、柴油液力传动机车、柴油电力传动机车、电力机车、柴油动车租、高铁动车组、电力动车组（客轮、渔船、油轮）.

若考虑单位燃料或是单位动力的成本来营运轨道车辆,是以小编组来做区间运转有最佳能量使用经济效益,也就是4车一编组.每站都停的通勤电联车最具效益.^[2]

4铁路来源

  轨道车

火车和铁路在今天是一对分不开的“兄弟”.
火车头,即蒸汽机车是英国发明家斯蒂芬逊于1825年发明的.有了火车头,才有火车.可是你知道吗,说起铁路的发明,比火车还要早半个多世纪.

早在16世纪中叶,英国的钢铁工业兴起,到处都搞采矿.可是,当时矿山的运输还很落后.铁矿石全靠马拉、人背,劳动效率很低.有个公司的老板,为了多运铁矿石,想了一个法子：从山上向坡下平放两股圆木,让中间的距离相同,一根接一根地摆到山下.当装满矿石的斗车,顺着两股圆木下滑的时候,山上的人大声喊叫着：“注意,车下来啦.”山下的人也大声回答道：“车到啦,好!”这就是初期的木头轨道.

木头轨道制作简单,由上向下运送重物也很省力,一时受到欢迎.不过,如果在平地上使用木头轨道效果不大,省力不多.而且,这种木头轨道不耐用,磨损大.

到了1767年,有人试着拿生铁来做轨道,以取代木头轨道.人们便称呼为铁路了.铁轨比木头轨道的体积小许多,它直接放在地面上,斗车的轮子也是铁制的,推起来当当直响,运煤、送货也省劲.但是,斗车内装的东西不能过重.有一回,一辆车子装货多了,把铁轨压到了地面里,结果车翻货出,差点压伤了人.

怎么办?看来,必须解决地面的承受力问题,同时还要考虑铁轨的长度问题.就是在解决这些问题的过程中,逐渐产生了后来的铁路.
火车很重,有人说如果把这个重量分散到枕木上,再由枕木分散到“道床”上,道床所受的力再均匀地分散到路基上,这个力量就变得小了许多.经过这样的传递过程,接触面积逐渐增大,单位面积的压力就相应降低,路基就不会被压坏了.

这个设计的思路是很科学的,可以说,今天的铁路仍然是根据这个道理建成的.

5内燃机车

机车分类

  df8b型内燃机车

(1)按用途分：干线内燃机车,包括货运内燃机车和客运内燃机车;调车内燃机车和调车小运转内燃机车；工矿内燃机车；地方铁路内燃机车.

(2)按传动方式分：电传动、液力传动和机械传动内燃机车.电传动内燃机车,可分为直流电传动、交直流电传动和交流电传动内燃机车.液力传动内燃机车,可分为普通液力传动、液力一机械传动和液力换向的液力传动内燃机车.后者简称为液力换向内燃机车.

(3)按铁路轨距分：标准轨、宽轨和窄轨内燃机车.标准轨轨距为1435mm；宽轨轨距有4种分别是 1520mm、1600mm、1665mm和1676mm；窄轨轨距在597mm
至1219mm之间,共有19种,典型的轨距有600mm、762mm、900mm、1000mm、和1067mm.后

  DF5型内燃机车（调车机）

两种轨距的机车,一般称为米轨机车.

(4)按机车装用主柴油机台数分：单机组内燃机车和双机组内燃机车.

(5)按能否实行重联牵引分：非重联内燃机车和重联内燃机车.

(6)按走行部结构分：车架式内燃机车和转向架式内燃机车.

(7)按机车轴数分：二轴、三轴、四轴、五轴、六轴和八轴内燃机车.

(8)按机车轴式分：A-A、A0-A0、B-B、B0-B0、B-B-B、B0-B0-B0、C-C、C0-C0、D-D、D0-D0、A01A0-A01A0、AAA-B轴式内燃机车.

(9)按司机室数量分：单司机室和双司机室内燃机车,还有无司机室内燃机车.

机车组成

集通蒸汽机车(22张)用内燃机作为动力装置的机车.注：铁道机车用的内燃机绝大多数是柴油机.内燃机车由下列部分组成:柴油机、主传动装置、辅助传动装置、车体(包括司机室)、走行部及各辅助系统.机车辅助系统包括:燃油系统、机油系统、冷却水系统、预热系统、空气制动系统及其他用风系统、控制系统、照明系统、充电系统、检测系统、诊断系统和显示记录系统等.

传动装置

1、电传动

直流电传动、交直流电传动和交直交(简称交流)电传动.东风、东风2和东风3型机车,为直流电传动机车;东风4型以后研制的电传动内燃机车,均为交直流电传动机车 .1999年以后陆续出现了一些交流传动机车.比较成功的有大连厂的东风4DJ型 和戚墅堰厂的东风8CJ型.国产电传动机车都命名为东风*型进口的则是ND*型.电传动机车在国内最知名的是由戚墅堰机车车辆厂制造的东风11G型和东风8B型.

2、液力传动

  液力传动的火车^[5]

一般(机械换向)液力传动和液力换向的液力传动;另有一种为液力一机械传动.北京型和东方红系列机车均为液力传动机车;多数GK系列工矿机车为液力换向机车.国产的液力传动一般是东方红*型和北京*型
还有工矿机车GK系列 进口的则是NY*型.液力传动机车在国内最知名的 就属国产的东方红型了.

3、机械传动

国内很少见；只在小功率的地方铁路和工矿机车上少有运用.从1992年6月1日起,北京铁路分局结束了使用蒸汽机车牵引客车的历史,改用内燃机车,以提高列车的速度和正点率.

人们在使用蒸汽机车的过程中发现,这种机车的一个致命弱点是它的锅炉既大又重,严重影响了它的发展前途.在锅炉里,用煤将水加热成蒸汽,再通入汽缸里,从而推动机车前进.有人设想,如果将这种笨重的锅炉去掉,使燃料直接在汽缸内燃烧,用所产生的气体来推动车轮旋转,就可以克服蒸汽机车的主要缺点.于是,一些科学家便开始进行研究试验.

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”.内燃机的出现,为火车的进一步发展带来了生机.

后来到了1894年,德国就制造出世界上第一台内燃机车.这种没有大锅炉的新机车,既不烧煤,也不烧煤气,而是用柴油作燃料.它所用的柴油机是德国人鲁道夫·狄塞尔发明的.从此,内燃机车就成了火车家族中的一位重要成员,并得到了广泛的应用.

机车优点

内燃机车虽然出世较晚,但它后来居上,比火车家族中的大哥哥蒸汽机车的本领高强,受到人们的重视.它的突出优点是：

1.速度快：内燃机车起动迅速,加速又快.通常,蒸汽机车的最大时速为110公里,而内燃机车的最大时速可达180公里,使铁路通过能力提高25%以上.

2.马力大：蒸汽机车的功率一般为3000马力左右,而内燃机车可以达到4000～5000马力,因而运载量就多.

3.能较好地利用燃料的热能：蒸汽机车的热效率一般仅为7%左右,而内燃机车可达到28%左右,提高了3倍,从而节省了大量的燃料.

4.适合缺水地区使用：蒸汽机车是个用水“大王”,一列火车平均每行驶10公里,就得消耗水3～4吨.通过干旱的缺水地区,火车就需要自带用水.据统计,在缺水地区运行一列火车,如果有10节车厢,其中有3节车厢是用来装水的.而内燃机车用来冷却的水仅需要几百公斤,供循环使用,内燃机车上一次水,可连续行驶1000公里,因而它被人们誉为“铁骆驼”.

5.司机驾驶操作方便：内燃机的司机不需要像蒸汽机车那样加煤加水,而且驾驶室内明亮宽敞,司机操作时视野开阔,既方便又安全.

内燃机车

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”.

内燃机车出世后,以其明显的优势很快就压倒了蒸汽机车.特别是第二次世界大战结束后,由于内燃机车所用的燃料——石油价格较低,能大量供应,因而有力地促进了内燃机车的发展.一些国家如美国、日本、法国、加拿大等国都用继制成了内燃机车,并且在10年左右的时间内实现了铁路机车内燃化,使内燃机车得到了较广泛的使用.

我国于1958年研制成了第一台内燃机车.到1969年,已制造出4000马力的大功率内燃机车,如“东风型”、“东方红型”和“北京型”内燃机车等.我国在许多铁路线上已有各种类型的内燃机车牵引着长长的列车在驰骋着,一些主要干线的直达客车基本上实现了内燃机车牵引.

内燃机车除了通常使用的电传动内燃机车外,还有液力传动内燃机车和适用于寒冷缺水地区的燃气轮机车.

液力传动内燃机车是将内燃机产生的动力,通过液力变速箱、万向轴、车轴齿轮箱等设备,使车轮转动,从而带动车辆前进.早期的液力传动内燃机车,采用类似于蒸汽机车的连杆驱动.

燃气轮机车是现代化内燃机车的一种.这种机车的内燃机与喷气式飞机的原理相同.它比一般内燃机车的马力大,振动小,结构简单,行驶安全可靠,而且容易制造.世界上第一台燃气轮机车是1941年在瑞士制成的.由于它特别适用于高寒、缺水地区使用,所以发展很快.法国已研制成并投人使用第二代和第三代燃气轮机车,其中第二代燃气轮机车的最高时速就已达到260公里.燃气轮机车已成为引人注目的现代化机车的一个得力的方面军.

机车简介

1879年出世的世界第一台电力机车,是利用两条铁轨之间的第三

  SS4改电力机车

条轨将电力引进机车里的.这种供电方式适合于电压和功率都比较低的情况.

随着电力机车的发展,要使它跑得快,运载量大,就得提高电力机车供电系统的电压和功率,因而需要使用高压输电线和变电装置.在这种情况下,就不能再使用设在地面上的第三条轨供电的方式了,因为这既不安全,又给使用带来不便.

1881年,德国试验成功一种适合以高压输电线供电的电力机车新的供电系统,叫做“架空接触导线”供电系统,也就是将电力机车的供电线路由地面转向空中.实际上,这种供电系统和城市中的有轨电车相似,在车顶上装着一条“长辫子”.它与以前使用蓄电池的电动机车的主要不同在于,它自身不带电源,由电厂供电,所以机车的结构比较简单,但需要一套供电设备.

这种装有“长辫子”的火车,依靠装在车顶上的受电弓子把电力从架在空中的电线上引到机车里.高压输电线送来的电是高达110千伏的三相交流电,必须经过牵引变电所变成25千伏的单相交流电,方能供机车使用.因此,在电力机车行驶的铁道沿线上,每隔50公里左右设一个牵引变电所.变电所的电又被送到邻近的沿线接触网上,通过机车上的受电弓将交流电引到机车的整流器上,把交流电变成直流电,使直流电动机旋转,再经过一套传动装置,带动车轮转动,机车就会跑动起来.

电力机车虽然问世较早,但直到20世纪60年代才开始受到人们的重视,被大量普遍地使用起来,已成为铁路机车家族中的佼佼者.

机车优点

人们将电力机车称为神通广大的“火车头”,就是因为它比蒸汽机车有着以下独特的优点：

一是它的马力大,拉得多、跑得快、爬坡的劲头足.例如,我国在 50年代末期修筑的第一条电气化铁路——宝成铁路（宝鸡——成都）,就充分发挥了电力机车的优越性.从宝鸡到成都,第一道关口就是要翻越气势雄伟的秦岭.过去用3台蒸汽机车拉一列950吨货车上秦岭时,像老牛拉车每小时才行走18公里.蒸汽机车下坡时是靠闸瓦制动的,而闸瓦因摩擦就会变热,如果不及时冷却就难以将机车制动住.为了保证行车的安全,蒸汽机车的下坡速度比爬还慢,有时甚至走走停停,以便使受热的闸瓦有足够的时间冷却.后来用3台电力机车取代同样数量的蒸汽机车,就能拉着2400吨的货物,以时速50公里快速上坡,比蒸汽机车在运货量和速度上都提高了近两倍.电力机车下坡时,采用电阻制动,使列车能以每小时40公里的速度下坡,既快速又安全.

二是电力机车用的是“干净”的电能,它不冒黑烟、扬灰渣,因而不会污染环境.即便是通过几公里长的隧道,旅客也不必担心浓烟和废气熏人,也不会被讨厌的煤灰渣迷住眼睛或弄脏衣服.机车驾驶人员也能在宽敞明亮的司机室进行操作.

三是电力机车操作简便,出车前的准备时间短,不像蒸汽机车那样,既要装煤,又要加水,也不像内燃机车需要加油.无论是在缺水的沙漠地带,或是在冰天雪地的寒冷地区,只要有电力供应,电力机车就能牵引列车昼夜行驶.

四是电力机车使用的是电能,既可由煤炭、石油来发电,也可由水力、核能、天然气、地热、太阳能等发电,能量来源比蒸汽机车和内燃机车丰富,而且效率高.蒸汽机车的热效率只有
7%；内燃机车的热效率较高,也仅为28%；而采用火力发电的电力机车,其效率可达30%,若以水力发电时,热效率高达60%～70%.

本世纪50年代,由于石油得到大量开采,价格低廉,所以世界各国郡在研制和使用内燃机车,而把电力机车放在次要地位.但是,在石油生产国提高石油价格,发生了世界性的石油危机之后,人们又把注意力转向了电力机车,从而促进了电力机车的迅速发展.

当时欧洲各国的电力机车的发展较快,如瑞士、荷兰等国研制的电力机车和供城市交通使用的有轨电车.日本制成了一种交直流两用电力机车,使用更为方便.

我国对电力机车使用很重视,除了建成宝成路电气化线路外,又修建了多条电气化线路,大大提高了机车的运载量.与此同时,我国还研制成了“韶山”型电力机车,也投入使用.

电力机车除了在铁路和城市地面交通（即有轨电车）使用外,还多用于城市中地铁,如意大利米兰市地铁、我国北京地铁用的电力机车等.北京地铁电力机车上的“长辫子”已经不见了.这是怎么回事呢?原来,它是将“长辫子”从车顶上移到铁轨旁边的路基上.这样,架设和检修都很方便,但路轨附近有触电的危险,所以严禁乘客跳下站台,以保证人身安全.

有的国家已制成了具有万匹马力的电力机车,使火车的速度超过了每小时200公里.还有的在研制14000马力的大功率电力机车,将会使火车的速度得到进一步提高.看来,电力机车将有着美好的发展前景.

机车原理

电力机车是从接触网获取电能,再利用牵引电机驱动的机车,是非自带能源式的机车.

机车种类

1、直流电力机车

这种机车在国内应用最广,城市电车、地铁、铁道运输等方面都有应用,但受接触网电压的影响,机车功率受到一定限制.

2、单相低频交流电力机车

这种机车采用单相整流子牵引电机（也有用直流他励牵引电机的）,主要问题是整流要求采用较低的供电频率比如16又三分之二赫兹或者25赫兹这种机车在欧美有应用,需要设立专门的发电厂和变频装置.

3、单相工频交流电力机车（整流器式电力机车）

这种机车是国内普遍采用的,像韶山1型、韶山3型等.4、其他

（1）、采用直流他励牵引电机的机车 像韶山2型

（2）、采用交流无换向器牵引电机的机车交－直－交制 交－交制的机车已经在这种系统中应用,像德国的ICE型高速电动车组株洲厂的DJ2型等等,电力机车由机械、电气、空气管路三大系统组成,下面简要说一下
整流器式和交直交电力机车原理：接触网供单相交流电－机车内牵引变压器降压－整流后变成直流电－供给直流牵引电机－牵引电机旋转带动机车运行.

交直流电传动机车动作原理

机车蓄电池供96V启动,80KW启动发电机.启动发电机发动机车柴

  韶山8型电力机车模型

油机,柴油机运转带动同步主发电机运行,45KW的感应子励磁机通过整流输出直流电给同步主发电机转子励磁,主发电机正常发电,（当柴油机运转后
启动发电机转成他励发电机运行发出110V恒定直流电,供给空压机以及一些机车辅助设备,另外再给机车蓄电池充电）,同步主发电机发出三相交流电,经过主整流柜,供给六台直流牵引电机,最后,机车启动.

6高速列车

发展简史

日本、法国、德国是当今世

  法国高速火车

界高速火车技术发展水平最高的三个国家.

高速火车的实际应用发源于日本.1959年,日本国铁开始建造东京至大阪的高速铁路,并在1964年开通,全长515公里,火车时刻表时速210公里,称为东海新干线.随后向西延伸,于1975年开通至冈山,1975年开通至终点站博多,大阪至博多称为山阳新干线,全长1069公里.

1982年,大宫至盛冈间465公里的东北新干线开通,同年11月,大宫至新潟间的上越新干线也开通运营.1970年,日本制定“全国新干线火车网建设法”,1972年日运输省又规划了五条新干线：北陆新干线（东京-大阪-富山）、东北新干线延长线（盛冈-青森）、九州新干线（博多-鹿儿岛）、长崎新干线（博多-长崎）、北海道新干线（青森-札幌）.

法国高速火车称TGV( Train à Grande Vitesse 法文高速列车之意
）.法国国铁（SNCF）从1950年开展高速火车技术研究,1955年研制的样车试车,就创造了当时的世界最高记录-火车时刻表时速331公里,使人们看到了这一技术的发展前景.

  中国动车

法国高速火车实际运营开始于1967年,稍晚于日本.但法国国铁不断改进,使TGV的速度不断创新,1981年,一列由七节车厢组成的TGV列车创下了火车时刻表时速380公里的新记录.1990年,第二代TGV列车又以515.3公里的火车时刻表时速刷新了世界记录,冲破了被称为极限的375公里火车时刻表时速,使TGV成为法国人日常生活不可缺少的一部分.1972年法国完成了编号为TGV001的原型列车,最高火车时刻表时速318公里.1981年第一代TGV-PSE创造了火车时刻表时速380公里的记录.1990年,一列由两辆动车、三辆车厢组成的第二代TGV
Atlantique以515.3公里火车时刻表时速创造了新的世界纪录.法国高速列车于2007年4月3日在行驶试验中达到574．8公里的时速,打破了1990年由法国高速列车创下的时速515.3公里的有轨铁路行驶世界纪录.法国TGV线路分为四部分：巴黎东南线（TGV
PSE）,由巴黎至里昂运行3小时50分,火车时刻表时速260公里.大西洋线（TGV Atlantique）,由巴黎通往大西洋岸,火车时刻表时速300公里.北方线(TGV
Nord)从巴黎出发,穿越英伦海峡进入英国.另有支线到布鲁塞尔,并延伸至阿姆斯特丹、科伦、法兰克福.东线(TGV Strasbourg) ,由巴黎到斯特拉斯堡.

  德国ICE

德国高速火车称为ICE（Inter City
Express）.1979年试制成第一辆ICE机车.1982年德国高速火车计划开始实施.1985年ICE的前身InterCityExperimiental首次试车,以317火车时刻表时速公里打破德国火车150年来的记录,1988年创造了火车时刻表时速406.9公里的记录.1990年一台机车加13辆车厢的ICE列车开始在Wurzburg-Fulda高速火车试运行,火车时刻表时速为310公里.1992年德国火车以29亿马克购买了60列ICE列车,其中41列运行于第六号高速火车,分别连接汉堡、法兰克福、斯图加特,运行火车时刻表时速200公里.德国已建成高速火车1000多公里,到2000年,德国计划建成11条高速火车.中国的京津城际铁路已经开通,使用的是CRH3型动车组.