火车是靠什么运行

【专家解说】：美国在制成电力机车后，于1898年开始在波士顿修建地铁，并于1904年通车，从而代替了喧闹的高架铁道和不合时宜的铁道马车。 纽约和巴黎在地铁施工中，由于地下都是坚硬的岩石的地质构造，所以不能使用英国的盾构施工法，而采用先在岩石上开小洞，再进行扩大的施工办法。而德国柏林却是松软的砂土地质构造，因此先开挖路面，再采用沉箱法施工。 到了20世纪初期，世界上已有19个城市开通了地下铁路。此后，有许多国家都在筹建地铁。例如，前苏联的地铁建设虽然起步较晚，但有利之处是，可吸收各国经验，研究各种不同的地铁施工技术，采用适合自己的方法进行施工。于1932年开工修建的莫斯科地铁，在第二次世界大战期间，为了当防空洞使用，仍在继续施工，完成了6千米。如今的莫斯科地铁，是世界上最豪华地铁之一。 世界上最早建成地铁的英国伦敦，现已有地铁400多千米，居世界首位。其次是纽约，有380多千米。第三是巴黎，有近200千米。 铁路机车 铁路运输是19世纪20年代发展起来的，它的前驱是英国17世纪的木轨和18世纪的铁轨上的手推和马拉车辆运输。1802年英国人特里维西克制成3.5个大气压的“高压蒸汽机”及第一台实验性蒸汽机车，在默瑟尔和加尔第夫之间的铁路上行驶了14.5公里。1815年他又制成了7个大气压和热效率超过7%的蒸汽机车，功率在100马力之上，为后来斯蒂芬逊完成火车的发明奠定了基础。 1814年拿破仑侵英战争爆发，马车不能适应战时运煤的需要，斯蒂芬逊研制成从烟囱排蒸汽以使锅炉鼓风燃烧的机车。载 30吨煤每小时行驶6.4公里。到1825年9月，他终于制成可供使用的蒸汽机车，每小时可行驶24公里，载重90吨，从而完成了火车的发明。 1826年至1830年9月，斯蒂芬逊和他的儿子一起制成第一台载客运输火车“火箭式”，在竞赛中获胜，从此开始了蒸汽机车铁路运输的时代。1872年英国开始普及有座位的车厢，正式出现运客火车。 铁路运输的发展将轨距的标准提到日程上来，至今国际通行的标准轨距就是19世纪30年代英国人布鲁内尔提出来的，英国直到1892年才予以统一。1870年世界铁路总长为21万公里，到1900年已达79万公里。 20世纪初，由于用三级膨胀式蒸汽机和带过热器的机车，燃料消耗率进一步降低。机车和列车的结构有了较大改进。1936年至1938年间，英国的格莱斯雷先后设计出非流线形的“太平洋”号和流线形的“大西洋”号机车，时速分别达到182.5公里和203.5公里。1938年法国制成时速为202公里的高速蒸汽机车。 由于蒸汽机车燃料消耗率高，体大笨重，污染严重，以后逐渐被柴油机车和电力机车所取代。1926年至1929年间，德国制成直接用齿轮传动的和压缩空气传动的柴油机车。1932年在德国的柏林至汉堡和英国的东北铁路上分别出现时速为125和101.5公里的柴油机车。但由于柴油成本高和机车速度尚低于蒸汽机车，在欧洲未能推广。美国则因柴油比较便宜，并在 1935年出现了标准化的组合式柴油机，大大促进了柴油机车的发展，1945年已有4000台。 60年代初各发达国家开始成批生产4000～6000马力的柴油机车。到70年代前期，柴油机车功率已成系列，数量满足要求，很多国家停止使用蒸汽机车。1981年，英国制成时速高达270公里的高速柴油机车。 继柴油机车之后，电力机车又逐步发展起来。1879年柏林博览会展出第一台可供实用的电力机车，并在德国使用。电动机的转速可随负载在一定范围内变化，运行安全，设备简单，无污染，操纵和制动方便，而且还可以从发电站接受强大的电源，在短时间内产生必需的起动功率，便于高速行驶。 1955年，法国制成高速电力机车，时速达332公里，1981年又增加到380公里。电力机车的最大困难是架空线路和变电设备成本过高问题，美国用单相交流电进行远距离输电，其成本比直流线路低三分之二，因而被广泛采用，迎来电力机车大发展的新时期。 “长辫子”火车 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，这种供电系统和现在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。 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 （鸡）成（都）铁路，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%。 (下面还有)