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蒸汽机车
发表日期:2019-05-07 22:14| 来源 :本站原创 | 点击数:
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  断根汗青记实

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  蒸汽机车是操纵蒸汽机,把燃料(一般用煤)的化学能变成热能,再变成机械能,而使机车运转的一种火车机车。1814年,英国人乔治·斯蒂芬森发了然第一台蒸汽机车,从此起头,人类加速了进入工业时代的脚步,蒸汽机车成为这个时代文化和社会前进的主要标记和环节东西。

  steam locomotive

  1814年

  乔治·斯蒂芬森

  在十九世纪最先呈现的机车是以蒸汽鞭策的。到二次大战竣事时,蒸汽机车仍是最常见的机车。

  现存昆明铁路博物馆的蒸汽机车

  第一部蒸汽机车是由英国人乔治·斯蒂芬森(George Stephenson,1781--1848)制造的,1814年,他研制的第一辆蒸汽机车“布拉策号”试运转成功。1825年9月27日,斯蒂芬森亲身驾驶他同别人合作设想制造的“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使用,使人类迈入了“火车时代”,敏捷的扩大了人类的勾当范畴。

  蒸汽机车的速度记载是由英国的 4-6-2 Mallard 所创下。1938年7月3日,4668号 Mallard拖着六个车厢,在一个稍微下坡路段创下时速126英里(203公里)的记载。德国、美国的蒸汽机车亦达到接近的速度。一般认为这是蒸汽机车的速度极限。

  蒸汽机车在二十世纪中起头被内燃机车所代替。1960年代末,世界上仍然有利用蒸汽机车作贸易运作的国度已百里挑一。到了二十世纪末,蒸汽机车在北美洲及欧洲根基上已被完全裁减,只会间中在出格为铁道迷及旅客放置的路线上行走。墨西哥仍有很少量的蒸汽机车在偏僻的处所运作。在中国,某些地域煤炭的价钱比石油低良多,使蒸汽机车仍然有它们的价值。中国已经是全球最後一个制造大型蒸汽机车的国度,位于山西的大同车厂不断出产蒸汽机车至1988年;但中国蒸汽机车的数量亦在敏捷削减。印度已经大量利用蒸汽机车,但它们只会在空气稀薄的山区运作。2005年12月9日,在内蒙古大板附近的铁道边上,最初一列蒸汽机车施行完使命后,见证了蒸汽机车退出干线]

  蒸汽机车问世至今已有180年的汗青。它的成长有两个方面:一方面是牵引力和功率的成长,表示为动轮轴数和辅助轴数的添加,汽锅和汽缸的加大;另一方面是热效率和机械效率的成长,表示为炉床面积和汽锅受热面积的增大,蒸汽压力和温度的提高,废热的操纵,蒸汽机的改良,滚动轴承的采用等等。

  瓦特发现蒸汽机后,1814年英国人R.特里维西克缔造了一辆铁路蒸汽机车(图1),汽锅蒸汽压力为0.294兆帕(3.0千克力/厘米2),汽锅内装有一个平放的汽缸。机车有两对动轮,由齿轮传动,轴列式为0-2-0。机车装有一个大飞轮,借助于它的扭转惯性动力,连结汽缸活塞的来去活动。机车重4.5吨,时速8公里,能牵引10吨货色,5节车,可乘70名搭客。这一实践证明两个主要现象:滑腻的铁的机车驱动轮可在滑腻的铁轨上运转而不会空转;机车能够拖动比机车本身重得多的工具。后人继起研究,得知轮轨间粘出力、粘着分量、粘着系数粘着牵引力等的彼此关系。这个问题涉及若何操纵无限的机车粘着分量牵引更多的载重,至今仍在继续切磋。

  1814年7月英国发现家乔治·斯蒂芬森造出他的第一辆机车,被誉为初次成功的机车。后来次要由乔治·斯蒂芬森之子R.斯蒂芬森设想建筑的“火箭”号蒸汽机车(见彩图)于1829年10月加入蒸汽机车角逐,以运转靠得住、速度最快得奖。角逐时最高时速为47公里。“火箭”号机车采用卧式多烟管汽锅,传热面积大,生成蒸汽快,锅胴与火箱拼接在一路,汽锅蒸汽压力为0.345兆帕(3.5千克力/厘米2);有两个与程度线°角斜装于汽锅两后侧的汽缸;有一对装于机车前部的动轮,动轮车轴摆布各装一曲拐,互成直角,使机车动轮曲拐停在任何位置均能起动,轴列式为 0-1-1。乏汽从烟筒喷出,以诱导通风,推进燃烧。“火箭”号重4吨,能牵引装载分量三倍于机车自重

  的车厢。这是第一辆初具现代蒸汽机车根基机关特征的蒸汽机车。1830年R.斯蒂芬森又造出“行星”号机车,将卧式汽锅的表里火箱和烟箱制成一全体,这种形式的汽锅后称为机车式汽锅。“行星”号机车的两个汽缸装于汽锅前端的烟箱下部车架内侧程度位置,称为内汽缸式机车,只要一对动轮,装在后部,轴列式为1-1-0。运转时上下颠抖减轻。蒸汽机车的根基机关形式除普遍采用外汽缸式(汽缸装于车架前端两外侧)外,迄今无多大变化。

  1830年当前,美国以及其他一些国度先后起头制造蒸汽机车。

  克什克腾旗蒸汽机车

  (34张)

  这个期间机车动轮由二对或三对成长至四、五、六对。最早利用二轴指导转向架是美国于1832年制造的 2-1-0式“乔纳森兄弟”号机车,大型机车还在动轮后面装有较小的从轮。借助于从轮,机车可装载一个较广大、较重的火箱。

  1884年瑞士人A.马利特发现关节式机车,牵引力大,并能成功通过曲线年建成第一台。最大的关节式机车是2-4 4-2式“大人物”号(图2),整备分量为543吨,汽锅压力为2.068兆帕(21.1千克力/厘米2),在时速120公里前提下,阐扬出功率6000马力以上。

  1875~1900年普遍地使用蒸汽两次膨胀道理,缔造了复胀式机车,提高了机车热效率。1900~1920年因为采用蒸汽过热和给水加热等安装,机车的热效率、牵引力和功率又有提高。

  1872年,英商为推销近代交通东西,在天津原法租界“紫竹林”船埠一带,沿海河岸边的土路上铺设了一条环行1.5公里的“告白铁路”,将一台总分量为1020kg的小“火轮车”安装在简便的窄轨上,经试运转后,是年9月14日,起头免费载客运转。此动静传开后,惊动天津城。据天津《申报》报道:“此次火车之来中国,可谓创观,其制造也可谓精彩之至,均甚便利,甚为合用之物……”因为这一“告白火轮车”的呈现,在必然程度上,给国人留下了一些新式运输东西的抽象。

  1876年7月3日,中国第一条铁路——“吴淞铁路”(窄轨)建成通车,那台英制名曰“先导号”的蒸汽机车(机车总分量1420kg)时速为24—32公里,为我国第一台外国蒸汽机车。(后来被拆除,1898年准轨淞沪铁路在此根本上复建通车,1997年拆除)

  1881年11月8日,建成了中国第一条自办铁路——“唐胥铁路”(唐山至胥各庄)。在“唐胥铁路”构筑路基的同时,中国工人凭时任总工程师的英人金达(C.W.Kinder)的几份图纸,操纵矿场起重机汽锅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。(只要三对动轮,无导轮和从轮),被金达、薄内(Burnet)等英国专家定名为“中国火箭号”和“龙号”,为我国便宜的第一台蒸汽机车(曾存于北京府右街交通陈列馆内,并可生火行驶,以供众览,“七七事情”后消失,至今查无下落)。

  1887年“津沽铁路公司”(旧址为旧三岔河口西岸)从国外进口了数台小型蒸汽机车,此中一台为“0—2—0”型(只要两对动轮,无导轮和从轮,称“0”号),此机车是我们此刻保留无缺的、曾在“津沽铁路”上运转过的最陈旧机车,曾在国外展出过。该机车由英国制造,总分量为1320kg,也是世界上最小的蒸汽机车之一。从这台蒸汽机车呈现到新中国成立,中国大地上行驶着英、美、德、法、日、比、俄等国各类蒸汽机车,被人们誉为“万国机车博览会”。据1949年《铁道月刊》第188期记录:其时全国共有4069台蒸汽机车,此中有8个国度、30多家工场出产的198种型号,此中天津铁路办理局辖管的使用机车为671台。

  1920年当前,蒸汽机车的机能进一步获得改善。20~30年代,机车的汽锅压力由 1.373兆帕(14千克力/厘米2)提高到2.000~2.069兆帕(20.4~21.1千克力/厘米2),试验性高压机车的汽锅压力以至高达9.807兆帕(100千克力/厘米2)以上。高压机车采用水管式汽锅,虽然热效率较高,但机关复杂,分量大,造价高,维护坚苦,维修费高,并且极易发生毛病,使用靠得住性差,因此未能正式投入使用。但一般机车的汽锅压力以美国、加拿大最高,为2.068兆帕(21.1千克力/厘米2)。40~50年代,有些国度进一步提高了过热蒸汽温度,如苏联JIB和2-4-2型机车最高温度达430~440℃。奥地利人G.吉人林根缔造的高效率矩形通风安装(扇烟筒),已为20多个国度和地域所采用。操纵废气热来加热给水的夹杂式给水加热器已获得普遍使用。中国的前进型、扶植型和人民型蒸汽机车都已安装这种设备。为了提高机车热效率,仍在继续研制凝汽式蒸汽机车。还提出了蒸汽机车利用沸腾炉床,燃用煤气等建议,但愿使蒸汽机车的热效率达到10%以上。

  第二次世界大战当前,蒸汽机车因为热效率低,已大部门被热效率高的柴油机车和电力机车所取代。

  1952年,四方机车车辆厂制造出了中国第一台“解放”型蒸汽机车。其后,四方、大连、唐山、大划一机车车辆厂连续出产了近万台蒸汽机车。蒸汽机车一度成为中国铁路运输的次要牵哄动力。1988年12月21日,大同机车厂遏制蒸汽机车出产,标记着中国蒸汽机车制造史的竣事。跟着科学手艺的前进,蒸汽机车已被内燃机车和电力机车代替。

  蒸汽机车在美国、西欧国度、日本和苏联等国已于1960~1977年期间接踵遏制利用。在印度和一些不发财国度,蒸汽机车仍占铁路机车一半以上。在中国,蒸汽机车仍是铁路的次要的牵哄动力。

  2005年12月9日,在内蒙古大板附近的铁道边上,最初一列蒸汽机车施行完使命后,见证了蒸汽机车退出汗青舞台的最初一刻。 蒸汽机车的退出,让良多人有一种怀旧心理,深圳福顺通科技发公司制造的仿蒸汽式的旅游参观小火车,填补了良多人这种怀旧情怀,让蒸汽机车再次出此刻人们的视野中。

  跟着科学手艺的前进,蒸汽机车已逐步被内燃机车和电力机车代替。为了保留和成长具有工业革命活化石之称的蒸汽机车,沈阳新阳光投巨资开辟制造了新一代的蒸汽机车,在保留蒸汽机车特点的环境下,对燃烧效率、环保排放、容易驾驶等方面进行了再立异。

  蒸汽机车是蒸汽机在交通东西上使用的最好典范。蒸汽机是靠蒸汽的膨胀感化来作功的,蒸汽机车的工作道理也不破例。当司炉把煤填入炉膛时,煤在燃烧过程中,它储藏的化学能就转换成热能,把机车锅 炉中的水加热、汽化,构成400℃以上的过热蒸汽,再进入蒸汽机膨胀作功,鞭策汽机活塞来去活动,活塞通过连杆、摇杆,未来去直线活动变为轮转圆周活动,带动机车动轮扭转,从而牵引列车前进。因而蒸汽机车必需具备汽锅、汽机和走行三个根基部门。

  蒸汽机车热效率很低,汽锅内燃料燃烧的热量只要一部门改变为蒸汽的热能,汽锅的效率一般为50%~80%。蒸汽在汽机内作功,汽机效率只要10%~15%。此外,在汽机到轮周的力的传送中,机械效率为80%~95%。因而蒸汽机车的最高热效率只要8%~9%,并且在车站泊车,在机务段整备、逗留等仍需耗损燃料,所以现实热效率只要5%~7%。

  蒸汽机车由汽锅、汽机、车架和走行部以及煤水车等构成。

  燃烧燃料和发生蒸汽的部件,包罗火箱、

  微信字符制造的蒸汽机车车头

  锅胴和烟箱三部门。火箱由内火箱和外火箱两部门构成,内火箱底部是炉床,炉床下部有存放炉灰的灰箱。在锅胴内陈列着分歧数目标大烟管和小烟管,大烟管内套有使蒸汽干燥和加热的过热管。在表里火箱之间和锅胴内贮有汽锅用水,锅水覆没内火箱顶板和大小烟管,在锅水蒸发面上构成蒸汽空间。烟箱位于锅胴前部,内有烟筒、乏气喷口、反射板和火星网等通风安装。

  燃料投入炉床,在火箱内与从灰箱风门进入的空气夹杂燃烧发生热能,热能通过内火箱板和大小烟管,传送给四周的锅水和过热管中的蒸汽,烟气进入烟箱,通过烟筒排出。高压高温蒸汽由汽锅最高处的蒸汽包经调整阀、干燥管、过热管和主蒸汽管等蒸汽通路进入汽机。

  将蒸汽的热能改变为机械能的部件。汽机连同机械部门包罗汽室、汽缸、活塞(又称鞲鞴)、十字头、摇杆、连杆、阀动安装等部件。阀动安装是安排汽阀与活塞协调动作的配汽机构,用于调理进入汽缸的蒸汽量和实现机车的前进或撤退退却。汽锅发生的高压高温过热蒸汽进入汽室后,通过阀动安装的配汽感化,进入汽缸,在汽缸内膨胀作功,鞭策活塞时,机械能经活塞杆、十字头、摇杆等机械部件传送给自动轮,再经连杆传送给其他动轮,通过轮轨接触,牵引列车。

  汽锅、汽机等部件固装于车架上,经弹簧吊挂安装将分量由轴箱传至车轮,由钢轨支撑。动轮把机械部传来的机械能改变为机车在轨道上的走行功。

  蒸汽机车的走行部门包罗弹簧吊挂安装、轮对、导轮、从轮、轴箱、导轮转向架、从轮转向架和牵引安装等形成。

  轮对分导轮、动轮、从轮三种。安装在机车前转向架上的小轮对叫导向轮对,机车前进时,它在前面指导,使机车成功通过曲线。机车中部能发生牵引力的大轮对叫动轮。机车后转向架上的小轮对叫从轮,除了担负一部门分量外,当机车倒行时还能起导轮感化。轴箱和车辆的滑动轴承轴箱相雷同,次要起润滑感化,防止车轴在高速运转时过热。弹簧安装的感化次要是缓和运转时的振动,减轻车轮对线路的冲击,别的还能把车架上部的分量平均分派给各个轮对。

  装载煤、水、油脂和存放东西等的车辆,挂在机车司机室后面。煤水车由煤槽和水柜两部门构成。大功率机车,因为单元时间的燃煤量大,在煤水车上装有推煤机和输煤机,将煤平均地喷投到炉床遍地。

  按工质操纵分

  ①单胀式机车,蒸汽在汽缸中膨胀工作一次即排入大气,机车机关简单,采用较广。

  ②复胀式机车,蒸汽在一个或一对汽缸(高压汽缸)中膨胀工作后进入另一个或另一对汽缸(低压汽缸)再膨胀工作一次才排入大气。这种机车热效率虽高一些,但机关较复杂,采用较少。

  ③凝汽式机车,乏气进入装于煤水车后部的冷凝器凝结成水,再泵入汽锅反复利用,丧失的水由煤水车的水弥补。机车机关很复杂,多在缺水地域利用。④饱和蒸汽机车和过热蒸汽机车,自从缔造出机车用的过热器提高了蒸汽温度当前,汽机效率提高良多,饱和蒸汽机车即被改形成过热蒸汽机车。

  按汽缸位置分类

  蒸汽机车按汽缸安装位置可分为:

  ①外汽缸机车,机车汽缸固定于车架两边外侧,因检修便利,采用较广。

  ②内汽缸机车,机车汽缸固定于车架内侧,有一根动轮轴制成曲拐轴,因检修未便,采用较少。

  ③三汽缸机车,两个汽缸固定于车架两边外侧,第三个汽缸固定于车架两头。

  按车架形式分类

  蒸汽机车因车架形式分歧可分为:

  ①板梁式车架机车,车架是板梁型布局,车架较轻,欧洲国度采用较多。

  ②杆梁式车架机车,车架是杆状布局,用厚钢板切割成型或用铸钢锻造,采用遍及。

  按车架和动力单位的构成分类

  蒸汽机车就其车架和动力单位的构成来说,可分为:

  ①常规机车,只要一个固定车架构成一动力单位(包罗汽缸、动轮、连杆安装和阀动安装等)并支承汽锅。

  ②关节机车,除有一个固定车架构成的动力单位并支承汽锅后半部外,还有一个可动弹的车架和后面的固定车架毗连构成另一动力单位,并可滑动地支承汽锅前半部,起转向架感化。

  按水柜位置分类

  蒸汽机车按水柜安装位置可分为:

  ①煤水车机车,它的后部连挂一特地供机车长途行驶所需煤和水的煤水车,使用普遍。

  ②水柜机车,在机车汽锅两侧各有一长方体水柜或为一鞍形水柜跨装于汽锅上,煤则存放于司机室后部的煤槽中。另一种水柜机车是将水储具有煤槽下部的水柜中。水柜机车储存煤水量较少。只用于调车、短途运输和工矿运输。

  按利用燃料分类

  蒸汽机车按利用燃料可分为:

  ①燃煤蒸汽机车,火箱内燃用烟煤,是遍及采用的一种机车。

  ②燃油蒸汽机车,火箱内燃用雾化汽锅油,用于无煤的产油区或有特殊要求的处所。

  按原动机分类

  蒸汽机车按所装用的原动机可分为:

  ①以来去式蒸汽机为动力的蒸汽机车,机关简单,使用普遍,凡是所说的蒸汽机车就是指这种机车

  ②以蒸汽涡轮机为动力的蒸汽机车,称为蒸汽涡轮机车。涡轮机转速高,须配用减速齿轮箱,因此有电力传动的和机械传动的两种。排汽又有冷凝的和非冷凝的两种。蒸汽涡轮机车因机关复杂,造价高贵,维修费用高,热效率比蒸汽机车高得不多,未能推广利用。

  解放型机车是中等功率的货运机车,多为调车和小运转用。扶植型机车是1957年在解放型机车的根本上设想而成的,与解放型机车比拟,汽锅用全焊布局,蒸汽压力提高至15千克力/厘米,并加装了加煤机、给水加热器、主动调整楔铁等设备,目前是干线货运次要蒸汽机车之一。

  胜利型机车1956年试制成功,其布局特点是添加过热和蒸发传热

  集通线张)

  面积的比值,采用特洛菲莫夫分动式汽阀,煤水车底架、水柜、煤槽均采用电焊焊接布局等。胜利型机车是次要客运蒸汽机车之一,在干线上已逐渐被柴油机车所代替。人民型机车是在胜利型机车的根本上改良设想,于1958年制成。汽锅采用全焊布局,蒸汽压力提高至15千克力/厘米,机关速度为每小时110公里,并添加了加煤机、给水加热器和主动调整楔铁等安装。人民型机车是铁路干线和干线上的次要客运蒸汽机车之一。

  中国在苏联30~40年代制造的机车的根本上改制而成的大功率货运机车,大多曾经报废。 前进型机车 中国自行设想制造的大功率干线年试制成功,其时称和平型机车,现称老前进型机车。机车轴式1-5-1,当计较供汽率为70千克/米·小不时,机车轮周功率为2960马力,但汽锅蒸发量不克不及满足运转的需要,仅出产了40多台。1964年对汽锅进行从头设想,采纳了加装燃烧室,改变烟管陈列,改良烟箱通风安装等手艺办法,使汽锅的供汽能力显著提高,满足了铁路运输出产的需要。前进型机车采用全焊布局汽锅,蒸汽压力为15千克力/厘米,有1200毫米长的燃烧室,炉床面积为6.8米,火箱传热面积32.5米,火箱容积13.56米,有直径133/125毫米的大烟管69根,直径51/46毫米的小烟管80根,汽锅蒸发传热面积为255.3米。

  前进型机车采用单胀式双汽缸,汽缸直径 650毫米,活塞行程800毫米,汽阀直径300毫米。有五对动轮,直径1500毫米,机车粘着分量100.5吨,有4轴和6轴两种煤水车。它能操纵6%~10%的汽缸排出的乏气量,将给水加热到70~100℃,能够节水 7%~9%,节热6%~8%。它装有粘着分量添加器,使粘着分量增大8吨。前进型机车最高热效率可达8.42%,凡是为5.5%~8.0%。这种机车的错误谬误是:过热蒸汽温度较低,烟渣飞扬丧失较大,通风效率和机械效率低,粘着牵引力不克不及顺应汽缸牵引力的要求等。

  游型蒸汽机车又称为上游型工矿用小型蒸汽机车,原名“工农型”。 1960年

  上游型蒸汽机车

  唐山工场在MA6(ㄇㄎ6)型机车的根本上革新设想并试制出第一台上游型

  机车,代号SY,到目前为止共出产1600多台。

  机车全长21519(21643)毫米,机关速度每小时80公里,,最高汽机无效热效率为13.15%,机车总效率为8.5%。已经出口到美国作为旅游用车。别的,还专为韩国出产了SY燃油型蒸汽机车。

  1958年济南机车厂在PR2(ㄆㄌ2)型机车的根本上改良设想并制造,定名为跃进型,代号YJ

  1961年停产,唐山牡丹江武昌、济南等工场共制造202台。机车全长18326毫米,机关速度每小时60公里,模数牵引力137千牛,轴式1—3—1。次要用于工矿、调车、小运转等。

  沈阳新阳光将蒸汽机车保守制造与现代手艺相连系,定名为阳光型。

  采用柴油做为燃料(代替煤),使用电脑智能节制系统切确节制燃料燃烧形态,提高燃烧效率,车辆主动给水、主动补风。同时具有系统毛病自诊断和消息显示功能,既能包管车辆平安运转,节能燃料,又便利车辆检修。此蒸汽机车在保留其特点的环境下,对燃烧效率、环保排放、容易驾驶等方面进行了再立异。

  乐山市犍为县芭蕉沟镇的芭石窄轨铁路至今仍运营者蒸汽机车,次要供本地村民出行和旅游参观利用,已被列为工业遗产加以庇护,并成为世界公认的蒸汽小火车博物馆之一。

  孙竹生编:《蒸汽机车工程》,龙门结合书局,上海, 1953

  前进型蒸汽机车编写组.前进型蒸汽机车[M].中国铁道出书社,北京,1984。

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