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瓦特發(fā)明蒸汽機后,1804年英國人R.特里維西克創(chuàng)造了一輛鐵路蒸汽機車(圖1),鍋爐蒸汽壓力為0.294兆帕（3.0千克力／厘米2）,鍋爐內(nèi)裝有一個平放的汽缸。機車有兩對動輪，由齒輪傳動,軸列式為0-2-0。機車裝有一個大飛輪，借助于它的旋轉(zhuǎn)慣性動力，保持汽缸活塞的往復(fù)運動。機車重4.5噸，時速8公里，能牽引10噸貨物,5節(jié)車，可乘70名旅客。這一實踐證實兩個重要現(xiàn)象：光滑的鐵的機車驅(qū)動輪可在光滑的鐵軌上運行而不會空轉(zhuǎn)；機車可以拖動本身重得多的東西。后人繼起研究，得知輪軌間粘著力、粘著重量、粘著系數(shù)、粘著牽引力等的相互關(guān)系。這個問題涉及如何利用有限的機車粘著重量牽引更多的載重，至今仍在繼續(xù)探討。

  汽機

  將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的部件。汽機連同機械部分包括汽室、汽缸、活塞（又稱鞲鞴）、十字頭、搖桿、連桿、閥動裝置等部件。閥動裝置是支配汽閥與活塞協(xié)調(diào)動作的配汽機構(gòu)，用于調(diào)節(jié)進入汽缸的蒸汽量和實現(xiàn)機車的前進或后退。鍋爐發(fā)生的高壓高溫過熱蒸汽進入汽室后，通過閥動裝置的配汽作用，進入汽缸，在汽缸內(nèi)膨脹作功，推動活塞時，機械能經(jīng)活塞桿、十字頭、搖桿等機械部件傳遞給主動輪，再經(jīng)連桿傳遞給其他動輪，通過輪軌接觸，牽引列車。

  車架和走行部

  機車上鍋爐、汽機等設(shè)備的安裝基礎(chǔ)。車架和走行部由車架、彈簧懸掛裝置、動輪、導(dǎo)輪、從輪、軸箱、導(dǎo)輪轉(zhuǎn)向架、從輪轉(zhuǎn)向架和牽引裝置等構(gòu)成。鍋爐、汽機等部件固裝于車架上，經(jīng)彈簧懸掛裝置將重量由軸箱傳至車輪，由鋼軌支持。動輪把機械部傳來的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C車在軌道上的走行功。

蒸汽機車按工質(zhì)利用分

①單脹式機車,蒸汽在汽缸中膨脹工作一次即排入大氣,機車構(gòu)造簡單，采用較廣。

②復(fù)脹式機車，蒸汽在一個或一對汽缸（高壓汽缸）中膨脹工作后進入另一個或另一對汽缸（低壓汽缸）再膨脹工作一次才排入大氣。這種機車熱效率雖高一些，但構(gòu)造較復(fù)雜，采用較少。

③凝汽式機車，乏氣進入裝于煤水車后部的冷凝器凝結(jié)成水，再泵入鍋爐重復(fù)使用，損失的水由煤水車的水補充。機車構(gòu)造很復(fù)雜，多在缺水地區(qū)使用。④飽和蒸汽機車和過熱蒸汽機車，自從創(chuàng)造出機車用的過熱器提高了蒸汽溫度以后，汽機效率提高很多，飽和蒸汽機車即被改造成過熱蒸汽機車。