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日志

 
 

引用 火车的历史(清风编写)  

2010-06-30 18:22:57|  分类: 资料  |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自清风飘舞《火车的历史(清风编写)》

 

引用

清风飘舞火车的历史(清风编写)
转自:http://wyq550730.blog.sohu.com/135127124.html

      火车最早诞生于欧洲大地,早在17世纪初法国巴本受莱布尼兹启发,设计了一种活塞式蒸汽机。但仅仅停留在试验阶段,没有实用价值。英国铁匠纽科门把锅炉与汽缸分开,制造出世界第一台实用型的蒸汽机。但耗煤量太大,机械效率极低,实用范围极为有限。

    瓦特对蒸汽机进行了改进,使它成为能普遍使用于工业和交通的万能动力机。瓦特是英国格拉斯哥大学仪器修理工,1769年提出减少蒸汽消耗,提高机械效率的四点关键措施:(1)对做功中的汽缸进行加热。(2)对完成做功后蒸汽进行快速冷却,为此设计了冷凝器。瓦特改进后的蒸汽机耗煤量比纽科门蒸汽机耗煤量减少3/4,机械效率提高到3%,现代蒸汽机机械效率可以提高到15%,但距离100%还有相当漫长的路程要走。(3)瓦特借助连杆和飞轮,把活塞的直线运动转化成圆周运动。(4)瓦特在进气量方面设置了一个自动控制器,使改进后的蒸汽机非常适用。瓦特改进的蒸汽机最早被用来解决矿山斗车运输的动力心脏问题,使广大矿工从最繁重的体力劳动中解放出来。

    蒸汽机的发明,还推动了机械制造业和机械加工业的发展。例如英国机械师莫兹利发明了安装刀具的车床架,后来又有人相继发明了刨床、铣床和钻床。使机器制造工艺越来精密,越来越复杂。产业革命又刺激了交通运输业的发展。18世纪初美国工程师设计出蒸汽动力火车头,海上设计出“泰坦尼克号”等蒸汽动力轮船。于是海上结束了帆船的历史,陆上结束了马车的历史。

 

火车的历史

    

    当时,欧洲各国的军队为了满足作战需要,纷纷采用口径和射程越来越大的火炮。由于炮身重量不断增加,用人推马拉的办法很难保证大炮能及时跟随部队作战。法国一位炮兵军官,研制出用蒸汽机推动的“蒸汽汽车”来牵拉,从而开辟了以机器为动力的现代车辆蓬勃发展的道路,也为火车的诞生打下了基础。

     蒸汽机有一个大锅炉,装在车架的前端。在锅炉下面烧着煤火,用来将锅炉里面的水加热成蒸汽。由锅炉上的一根管子将蒸汽引入车子前轮上方的汽缸里,蒸汽的力气很大,便推着汽缸里的活塞向前移动,而活塞通过连杆和曲轴与前轮连在一起,于是随着曲轴的转动,车轮就跟着转起来,从而使车子前进了。

     此后不久,这种冒着黑烟、喘着粗气的车子先后在英国和德国出现了,如英国1804年制成的蒸汽机车。不过,它的模样和先前不大一样了:有的将锅炉移到车子的中间,并罩上罩子,两头还装上几排座位;有的把锅炉移到车后部,而在前面坐人的地方装了一个车厢,等等。蒸汽车有点接近近代车的气派了。

      在当时马车占主要地位的欧洲各国,蒸汽车刚出现时处处受到非难和排挤。就说英国吧,那时各城市的邮政厅都使用大量的马车来运送邮件。为了维护自身的利益,邮政厅便和大大小小的马车主联合起来共同对付新出世的蒸汽车。英国政府也站在马车主一边来反对蒸汽车,并设定了许多条条框框来限制蒸汽车在市内的车速。要求蒸汽车在行驶时,必须有手持小红旗的人,在车前55米处跑步前进,以招呼行人避让;在有马的地方,不许蒸汽车的锅炉放气;不许蒸汽车在街上鸣汽笛;蒸汽车在农村路上行驶,车的时速不得超过6公里,在市内不得超过3公里……这简直比老牛拉车还慢!

     后来,尽管人们对蒸汽车进行了改进,但是由于它有着先天不足的弱点,例如车上装的那又大又重的蒸汽机,既要经常停下来添煤加水,操作很不方便,又大量排出浓烟和蒸汽,而且还占了车上很大地方,装运不了多少货物,所以人们逐渐对它失望起来。

     就在人们为蒸汽车的前途担心的时候,有人就想到了16世纪中期在矿山上用木头做轨道,以人力和畜力拉动的车子,提出也给蒸汽车铺上轨道,让它拖带几节车厢在铁轨上行驶的设想。这可是个好主意,不仅使车厢里可装很多的货物和人员,而且可发挥蒸汽机力气大的特长,使车子跑得快。

     1825年9月27日,从英国斯多克顿到达林顿的世界上第一条铁路正式通车了。由蒸汽汽车改制成的蒸汽机车(我们平常所说的火车头)开始大显身手了,蒸汽机从此派上了大用场。这同时也宣告了世界上第一列火车正式问世。

     那天上午,由斯蒂芬逊制造并驾驶的“运动号”蒸汽机车拖带着33节车厢,从斯多克顿出发了。车厢里装载煤和乘客,而看热闹的人站满了铁道的两旁。人们有的步行,有的骑马,追追跑跑,簇拥着这长蛇般的庞大怪物在缓缓行驶。

     1828年,期蒂芬逊和他的儿子共同制造了“火箭号”蒸汽机车,并参加了一次比赛。当时有3台机车参加比赛,其中一台在比赛开始不久,锅炉接缝的地方便破裂了;另一台走了40多公里因汽缸破损而停驶;只有“火箭号”机车以每小时22公里的平均速度,牵引着10多吨的货物,跑完了112.6公里的路程,顺利地到达终点,获得了冠军。此后,火车便受到人们的重视,在世界各国相继发展起来。

     火车刚出世不久,跑得比较慢,本来就对火车冷眼相待的一些马车主,更加傲气起来,经常要跟火车比个高低,以显示他的马车跑得快。然而,马车有时的确会扬扬得意地跑在火车的前头,这就进一步促使人们对火车进行不断改进。

     早期的蒸汽机车,外形各种各样:有的像个压路机,有的与四轮马车,有的和原始的汽车类同……这些机车的运载能力都还不大,跑得比马车快不了多少。由于它们都是用煤炭或木材做燃料,行驶时锅炉里的火焰熊熊,烟气冲天,所以人们习惯上把它称做“火车”。它虽然吃的是粗粮:煤;但力气很大,而且煤的成本又较低,来源丰富,因而蒸汽机一直延用了很长时间。

      作为工业生产发展产物的蒸汽机车,自然就要受到一些工业发达国家的重视。它们纷纷修铁路,造火车,很快便使蒸汽机车风靡全世界。到19世纪中叶,这股筑路造车风掀起了热潮,英、美、日、德等国除了自己制造蒸汽机车外,感到修筑铁路有利可图,便向世界各地宣传推销,承揽修路造车工程,从而使火车得到日益广泛的应用。

 

铁路的进步

     火车和铁路在今天是一对分不开的“亲兄弟”。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,铁路的发明,比火车还要早半个多世纪呢!

     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,把铁轨压到了地下去,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。可是具体地说,道床应该用什么材料?造成什么样子?枕木多大最好?一系列问题需要解决。19世纪初,英国铁路公司征求新的轨道设计方案,并设置数万英磅重奖。一时间,英国、法国、比利时的应征者,蜂拥而来。图纸、模型堆积似小山。经过专家们评选,形成最优方案;把铁轨钉在枕木上,枕木铺在用小石子堆成的道床上。这样一来,道床上的小石子可以调整铁轨顶面的高低不平,防止枕木移动,利于排水,保护路 基。

     火车头牵引的车厢越多,载重越大。原来制作的生铁轨承受力量不足。有人轧制熟铁轨来代替。这种新铁轨比较旧的好,它不发脆,在重压下不致断裂。因此,铁轨的制作又有新的改进,虽然形状未改,可强度大为提高。

     火车行驶的路很长,铁轨不可能无限长。一般是12~25米。最早的铁轨是一根紧接一根,没有一点空隙。谁知夏天酷热,铁轨受热膨胀,把笔直的铁路“顶”得弯成个凸肚子,火车怎么行驶?冬天寒冷,铁轨又收缩,发生断裂了。这样的事故教育了铁路建筑者,他们想:如果在铁轨的接头之间留点“缝隙”,还怕它热胀冷缩吗!

     旧的矛盾解决了,又出现新的矛盾:铁轨的缝隙接头越多,火车运行中的震动越多,发出的噪声也越大。而且铁轨的裂损有60%是产生在接头处。人们开动脑子设法改进缝隙,于是无缝钢轨诞生了。

    铁路,不知道花去了多少人的心血,集中了多少人的智慧,总结了多少次经验和教训,才成为今天这个样子,真的太不容易了!

 

中国的火车

   

      1949年中华人民共和国成立后,随着铁路运输事业的迅速发展,对机车的需要日益增加。由于当时的铁路牵引动力还是蒸汽机车,机车的制造即从蒸汽机车起步,沿着仿制旧型,改造旧型,进而自行设计新型机车的道路,循序渐进。

      1952年,四方机车车辆工厂制造出新中国第一台蒸汽机车定名为解放型,代号JF。构造速度80公里/小时,全长(机车加煤水车)22.63米。这种机车随后成批生产,到1960年停止生产时,共制造了455台。

     随着对机车运力需要的不断增大,蒸汽机车已不能满足我国因经济蓬勃发展而导致的对运力的需求。内燃机车的发展摆上日程。中国设计制造的内燃机车目前已形成“北京”、“东方红”和“东风”三个系列,质量达到世界先进水平。

     东方红1型内燃机车是四方机车车辆工厂1959年试制,1964年批量生产的干线客运内燃机车,机车按双机联挂设计,也可以单机使用。前73台的机车标称功率是1060kW,最大速度140km/h,车长16550mm,轴式B-B。后36台的机车标称功率增加到1220kW,最大速度降为120km/h,其他不变。

    东风8BJ型内燃机车,原名NJ2型,代号DF8BJ。是资阳内燃机车厂和株洲电力机车研究所联合研制的国产化交流传动干线客、货运内燃机车。机车采用计算机控制等先进技术,柴油机采用电子喷射技术。在确保机车可靠性前提下,主要部件均采用国产件,以降低机车制造和运用成本。机车按“重载5000吨、最高速度120km/h”牵引要求进行设计,其总体技术水平达到20世纪90年代末世界先进水平。

东风型内燃机车

     1968年,经过对6Y1型10年的研究改进,在中国半导体工业发展的条件下,将引燃管整流改为大功率半导体整流,试制出韶山1型,代号SS1。1969年开始批量生产,到1988年止,共生产826台。机车持续功率3780kW,最大速度90km/h,车长19400mm。韶山1型电力机车获全国科学大会奖。

     韶山9型干线客运电力机车,代号SS9。以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础,采用了许多国际客运机车先进技术,是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。机车功率持续4800kW,最大速度170km/h。

“蓝箭号”高速电动车组

       如果把动力装置分散安装在每节车厢上,使其既具有牵引动力,又可以载客,这样的客车车辆便叫做动车。而动车组就是几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆编成一组,就是动车组。带动力的车辆叫动车,不带动力的车辆叫拖车。动车组是城际和市郊铁路实现小编组、大密度的高效运输工具,以其编组灵活、方便、快捷、安全,可靠、舒适为特点备受世界各国铁路运输和城市轨道交通运输的青睐。

     从20世纪下半叶开始,欧美日等国开始大规模研制并运用动车组。我国也于20世纪90年代开始研制动车组。

     中国首列DMU型双层内燃动车组,由唐山机车车辆厂于1998年自行开发研制成功,设计速度120km/h,总定员540人。而中国首列液力传动内燃动车组,1998年底由四方机车车辆厂研制,设计速度140km/h,总定员450人。液力传动内燃动车组目前正在运行的有9组。

     “蓝箭号”交流传动高速电动车组,是为满足广深线“小编组、高密度、高速度”的公交化客运要求,由株洲电力机车厂等单位于2000年共同研制的新一代交流传动高速电动旅客列车组。基本编组定员为421人,连挂编组定员约800人。最大速度220km/h。

    “中华之星”高速电动车组,该电动车组将成为我国京沈快速客运通道的主型列车及未来高速铁路的中短途高速列车和跨线快速列车。列车最高运营速度可达270km/h,是目前我国商业运行时速最快的电动车组。2002年11月27日,“中华之星”在秦沈客运专线综合试验中,成功创造了中国铁路的最高速度321.5km/h。该动车组广泛地采用了国内、外的先进技术,列车的整体技术性能达到国外同类产品的先进水平。

 

上海磁悬浮列车

    中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是2001年3月1日开工建设的上海磁悬浮列车示范线。2002年3月,这条磁悬浮列车示范线下部结构工程竣工。磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨,采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈,驱动列车高速行驶,从而取消了受电弓。磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支承、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中,与轨道保持一厘米左右距离,处于一种“若即若离”的状态。由于避免了与轨道的直接接触,行驶速度也大大提高,其正常的运营速度可以达到每小时500公里。

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