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瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后,1804年英國(guó)人R.特里維西克創(chuàng)造了一輛鐵路蒸汽機(jī)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(gè)平放的汽缸。機(jī)車有兩對(duì)動(dòng)輪，由齒輪傳動(dòng),軸列式為0-2-0。機(jī)車軸式1-5-1,當(dāng)計(jì)算供汽率為70千克/米·小時(shí)時(shí)，機(jī)車輪周功率為2960馬力，但鍋爐蒸發(fā)量不能滿足運(yùn)行的需要，僅生產(chǎn)了40多臺(tái)。機(jī)車裝有一個(gè)大飛輪，借助于它的旋轉(zhuǎn)慣性動(dòng)力，保持汽缸活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)車重4.5噸，時(shí)速8公里，能牽引10噸貨物,5節(jié)車，可乘70名旅客。這一實(shí)踐證實(shí)兩個(gè)重要現(xiàn)象：光滑的鐵的機(jī)車驅(qū)動(dòng)輪可在光滑的鐵軌上運(yùn)行而不會(huì)空轉(zhuǎn)；機(jī)車可以拖動(dòng)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(gè)問(wèn)題涉及如何利用有限的機(jī)車粘著重量牽引更多的載重，至今仍在繼續(xù)探討。

1920年以后，蒸汽機(jī)車的性能進(jìn)一步得到改善。20～30年代，機(jī)車的鍋爐壓力由 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）,試驗(yàn)性高壓機(jī)車的鍋爐壓力甚至高達(dá)9.807兆帕(100千克力/厘米2)以上。勝利型蒸汽機(jī)車國(guó)產(chǎn)勝利型蒸汽機(jī)車是青島四方廠于1956年的客運(yùn)機(jī)車，編號(hào)從601號(hào)開(kāi)始，到1959年停產(chǎn)為止，共計(jì)生產(chǎn)了151臺(tái)。高壓機(jī)車采用水管式鍋爐，雖然熱效率較高，但構(gòu)造復(fù)雜，重量大，造價(jià)高，維護(hù)困難，維修費(fèi)高，而且極易發(fā)生故障，運(yùn)用可靠性差，因而未能正式投入運(yùn)用。但一般機(jī)車的鍋爐壓力以美國(guó)、加拿大高,為2.068兆帕（21.1千克力/厘米2）。40～50年代，有些國(guó)家進(jìn)一步提高了過(guò)熱蒸汽溫度，如蘇聯(lián)JIB和2-4-2型機(jī)車高溫度達(dá)430～440℃。奧地利人G.吉士林根創(chuàng)造的高效率矩形通風(fēng)裝置（扇煙筒），已為20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)所采用。利用廢氣熱來(lái)加熱給水的混合式給水加熱器已得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)的前進(jìn)型、建設(shè)型和人民型蒸汽機(jī)車都已安裝這種設(shè)備。為了提高機(jī)車熱效率，目前仍在繼續(xù)研制凝汽式蒸汽機(jī)車。近年來(lái)還提出了蒸汽機(jī)車使用沸騰爐床，燃用煤氣等建議，希望使蒸汽機(jī)車的熱效率達(dá)到10％以上。

蒸汽機(jī)車因車架形式不同可分為：

①板梁式車架機(jī)車，車架是板梁型結(jié)構(gòu)，車架較輕，歐洲國(guó)家采用較多。

②桿梁式車架機(jī)車，車架是桿狀結(jié)構(gòu)，用厚鋼板切割成型或用鑄鋼鑄造，采用普遍。

蒸汽機(jī)車就其車架和動(dòng)力單元的組成來(lái)說(shuō)，可分為：

①常規(guī)機(jī)車，只有一個(gè)固定車架組成一動(dòng)力單元（包括汽缸、動(dòng)輪、連桿裝置和閥動(dòng)裝置等）并支承鍋爐。

②關(guān)節(jié)機(jī)車，除有一個(gè)固定車架組成的動(dòng)力單元并支承鍋爐后半部外，還有一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的車架和后面的固定車架連接組成另一動(dòng)力單元，并可滑動(dòng)地支承鍋爐前半部，起轉(zhuǎn)向架作用。