蒸汽火車

瓦特（JamesWatt,1736～1819）英國發明家、工程師。1736年1月19日生於蘇格蘭的一個小鎮格里諾克。他從小體弱多病，由父母進行了啟蒙教育。父親是個具有多種手藝的工匠，受其影響瓦特從小就有實驗的興趣和才能。傳說他小的時候，曾用布把壺嘴堵死，看到蒸汽的力量把壺蓋沖開。

這一現象激發了他的探索精神。後來進了格里諾克文法學校學習，因身體不好，退學在家自學，並經常隨父親到工廠學習製作機械模型、儀器的技術，進行化學和電學實驗。靠著虛心求學、刻苦鑽研的精神，15歲學完了《物理學原理》並獲得了豐富的木工、金屬冶鍊和加工等工藝技術。

1753年他在家鐘錶店學手藝。1753年又跟有名的機械師摩爾根當學徒。經過刻苦學習，努力實踐，他已能製造難度較高的象限儀、羅盤、經緯儀等。1756年在格拉斯哥大學當了儀器修理員，這是他一生的轉折點。一方面該校具有較完善的儀器設備和先進技術，為他的工作創造了良好的技術條件。更重要的是他在這裡結識了英國化學家、物理學家J.布萊克等著名學者，他可以經常跟他們討論改進蒸汽機的理論和技術問題，從他們那裡學到許多科學理論知識。這對他後來的發明工作影響很大。

1764年瓦特在修理紐科門蒸汽機時，精心研究了這種熱機的工作原理和耗煤量大、效率低的癥結。他受J.布萊克的潛熱學說啟示，找到了紐科門蒸汽機耗煤量大、效率低的原因，即汽缸在使氣體膨脹和用水冷凝時一熱一冷，損耗大量熱量。瓦特於1765年發明了把冷凝過程從汽缸中分離出來的分離式冷凝器。冷凝器的發明在蒸汽機的發展中起了關鍵性的作用。1768年他製成了一台單動作蒸汽機（活塞單方向推動做功），這台蒸汽機還採用了汽缸外設置絕熱層、用油潤滑活塞等各種新措施，大大降低了蒸汽消耗量，耗煤量只有紐科門機的1/4，動作也更迅速。1776年這種機器開始在廠礦使用。

1781年，他發明了行星式齒輪，將蒸汽機活塞的往運動變為旋轉運動。1782年他發明了大動力的“雙動作蒸汽機”並獲得專利，並利用飛輪解決了蒸汽機運轉的穩定性問題。1784年他發明了平行運動連桿機構，解決了雙動作蒸汽機的結構問題。1788年他發明了離心式調速器和節氣閥，用來自動控制蒸汽機的運轉速度。1790年發明了蒸汽機配套用壓力計。

到此為止，瓦特完成了對蒸汽機的整套發明過程。經過他的一系列重大的發明和改進，使蒸汽機的效率提高到原來紐科門機的3倍多，而且配套齊全、性能優良、切合實用。瓦特由此博得了第一部現代蒸汽機——高效率瓦特蒸汽機的發明者稱號。很快，瓦特蒸汽機在紡織、採礦、冶鍊和交通運輸等方面得到了廣泛應用，極大地推動了英國和歐洲的第一次工業革命，使世界進入了“蒸汽時代”。瓦特對蒸汽機的發明、改進及蒸汽機 的廣泛應用，直接推動了熱力學理論的研究和發展。

隨著蒸汽機的廣泛使用，人們試圖在鐵路上用蒸汽機作動力以取代原來在鐵路上使用的有軌馬車。第一部蒸汽機車是由英國人喬治·斯蒂芬森（George Stephenson,1781--1848)製造的。1814年7月25日，斯蒂芬森自己動手製作的世界上第一台蒸汽機車開始運行，取名“布魯克”號，人稱“火車”。1825年9月27日，斯蒂芬森親自駕駛他同別人合作設計製造的“旅行者號”蒸汽機車在新鋪設的鐵路上試車，並獲得成功。蒸汽機在交通運輸業中的應用，使人類邁入了“火車時代”，迅速的擴大了人類的活動範圍。

蒸汽火車在中國有百餘年歷史。

從1843年魏源在《海國圖志》中告訴中國人世界有了這項發明開始到20世紀30年代，中國成為世界著名的“萬國機車展覽會”。一方面火車在中國發展的歷 史正好是一部帝國主義侵略瓜分中國的歷史，但在另一面，它也記載了先進文明對於專制、獨裁以及腐朽和愚民文化的懲罰。

1865年，英國人帶來了他們的蒸汽火車，在北京宣武門外鋪設了長500米的中國土地上第一條鐵路，但是這個龐大的怪物把當地居民嚇壞了，慈禧太後下令拆除。1876年，英國人又在上海吳淞到江灣修建了第二條鐵路，這或許是中國歷史上真正運行的第一條鐵路，因為軋死了一個人，老佛爺再次下令，用大筆銀兩從英國人手中把它贖回，然後拆除。

1949年中國終於擺脫戰爭重獲安寧，那些曾經的敵人被趕走了。但歷史也再一次讓我們和先進的科學技術隔開，帶著民族的雄心和自信，我們進入了自力更生的年代。

1952年底，山東四方機車車輛廠生產出了第一台國產蒸汽機車——解放型2121號。這台按日本“天皇型”仿製的機車一時成為了國家的驕傲。同一年，日本宣布停止生產蒸汽機車，稍後，美國和蘇聯也分別在1953年和1957年宣布不再生產蒸汽機車，他們已經在1952年時就進入了內燃機時代。

儘管在20世紀30年代，世界上就已經有了100多種型號的蒸汽火車，但在隨後的日子裡，最好的蒸汽火車都是由中國人生產出來的。我們可以列舉出它們的名字：“解放號”、“反帝號”、“和平號”、“反修號”以及之後的“躍進號”和“前進號”。根據這些新改良的機車型號，可以推測出產生它們的年代。

到1988年中國停止蒸汽機車的生產為止，我們一共造出了9698台蒸汽機車，最好的機車已經達到世界領先水平。

2016年1月，新疆哈密地區三道嶺煤礦中國最後一批6台蒸汽火車退役。

蒸汽火車的發動機其實就是個燃煤蒸汽鍋爐，通過煤的燃燒使水變成高壓高溫蒸汽（蒸汽具有很大的能量），把蒸汽噴在發動機汽缸里推動活塞，活塞通過帶動其他機械使車輪前進。

蒸汽火車主要由四大部分組成：鍋爐、汽機、車架走行部分和煤水車。

鍋爐是用來產生和貯存蒸汽的裝置，是機車的“心臟”。鍋爐用鋼板焊接而成，主要由火箱、鍋胴、煙箱三部分組成。火箱是燒煤的地方，分內外層，內層叫內火箱，外層叫外火箱，兩層之間充滿了水。火箱底部是爐床和灰箱，灰箱是用來接存煤灰的。

鍋胴在鍋爐的中部，它的後端與外火箱相接，前端與煙箱連接，內部有大煙管、小煙管，大煙管里還裝有過熱管。火箱里的煤在燃燒時，通過內火箱板和小煙管加熱鍋水，並通過大煙管對過熱管里的蒸汽進一步加熱，把它變成過熱蒸汽。鍋胴的頂部有一個汽包，用來 集聚蒸汽，汽包內裝有汽門(調整閥)。

煙箱在鍋爐的前端，鍋胴分界的足煙箱管板，煙箱內有通風、排煙裝置。除了以上三部分，鍋爐還裝有安全閥、注水器、水表、汽壓表等必要的附屬裝置。安全閥是個重要部件，每台機車上一般至少裝兩個 . 當鍋爐內蒸汽壓強超過規定時，安全閥自動打開放汽，降低爐內壓強。注水器可隨時向鍋爐內補水。鍋爐內的水位和蒸汽壓強則通過水表、汽壓表觀察。

汽機的作用，是把蒸汽的熱能轉變為機械能，讓機車產生動力，推動機車運行。一台機車上 有兩套汽機，裝在機車的兩側。汽機由汽室、汽缸、傳動機構、配氣機構組成。

汽室在汽缸L方的導輪和動輪之問。汽室、汽缸兩頭有汽口相連。汽室的中部與主蒸汽管相通，主蒸管來自煙箱。過熱蒸汽從主蒸汽管進入汽室。汽室內裝有汽閥，配氣機構帶動汽閥前後往複運行，同時向汽缸內配汽。汽室兩端有排氣道，和煙箱里的廢汽噴嘴相通，汽缸內的廢氣由此向外排出。

汽缸內裝有活塞。過熱蒸汽進入汽缸后推動活塞移動。活塞位於氣缸前端時，汽閥操縱蒸汽從前端汽口進入汽缸，推動活塞向後運動；活塞到達後端時，蒸汽從後端汽口進入，推動活塞向前運動，通過前後兩個汽口不斷地交替進汽，使活塞持續地作往複運動。在實際運用中，活塞從一端向另一端移動還沒有到頭時，汽閥就停止給汽，這樣可以充分利用蒸汽的熱能，節約使用蒸汽。活塞上連著活塞桿，這是傳動機構的一部分。傳動機構的其他部分還有十字頭，搖桿、連桿、曲拐銷，通過這些機構，把活塞桿的往複運動變成車輪的滾動。

配汽機構由汽閥、偏心桿、月牙板、滑塊、半徑桿、回動手把、回動機等零部件組成。通過一連串的機械動作，最後帶動汽閥來回往複運動，控制向汽缸給汽的時機。機車前進通過回動手把和回動機來實現。

機車啟動時，司機操縱調整閥手把，打開 調整閥，讓鍋爐里的蒸汽經過汽室進入汽缸，推動活塞移動，活塞帶動活塞桿，再帶動十字頭、搖桿和機車主動輪上的主曲拐銷，推動主動輪滾動。主動輪一滾動，通過連桿帶動其他動輪同時滾動。要停午時，司機操縱調整閥手把，關閉閥門，鍋爐內蒸汽不再進入汽室、汽缸，驅動機車運行的動力也就消除了。

車架走行部由車架、彈簧裝置、動輪輪對、導輪轉向架、從輪轉向架和牽引裝置等構成。鍋爐、汽機等固定在車架上，彈簧吊杆、均衡梁和銷套與彈簧相互連接組成彈簧裝置，車架懸置在各個彈簧上，彈簧鞍的上部支撐彈簧，中部跨裝在動輪軸箱頂部。彈簧支撐的重量，經過軸箱體、軸瓦、軸頸、傳到輪對。

煤水車主要用來裝煤、水、潤滑油。同時存放機車其他備品。有的蒸汽機車帶有加煤機，也裝在煤水車上。煤水車一般是四軸車，少量大容量煤水車也有6根軸的。

蒸汽機車分客運、貨運、調車機車三種類型Q客運機車要求運行速度高、通過曲線時平穩，因此機車車輪較大，而且在動輪的前面有一個兩軸導輪轉向架。貨運機車牽引的貨物要比客運機車牽引重量大，所以動輪比客運機車多，但直徑比客運機車小，汽缸的直徑較大，這樣才能產生較人的牽引力和粘著重量。動輪前面設有單軸導輪轉向架。調車機車專門用於調車作業，需要經常通過道岔和小半徑曲線，因此這種機車車身短，動輪直徑不大。

蒸汽火車發明后，鐵路交通迅速發展，為人們的生產和生活帶來了極大的便利。

但是蒸汽機車由於具有笨重(龐大的鍋爐)，速度慢，效率低，噪音大(“況且況且”聲)，工作環境差(高溫，煙和粉塵)等缺點，在鐵路上逐步被內燃機車(柴油機車)和電力機車淘汰。現在我國和世界上許多國家，都不再生產蒸汽機了。