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钢铁巨兽呼吸百年 蒸汽机车行将退休
2004-01-14 16:52  作者: 黄冠 贾俊祥  转自: 科学探索杂志
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蒸气机车
 

 

  1876—1949年,中国铁路上跑的都是外国生产的火车,被讥为“万国机车博览会”

  1952年,当中国能够生产第一台蒸汽机车的时候,日本宣布停止生产蒸汽机车

  20世纪90年代,世界上只有3个国家使用蒸汽机车:中国、印度和南非

  2001年,世界上只有中国还有400台左右蒸汽机车跑在边远地区

  蒸汽机车高大威猛的英姿即将成为历史

  说起机车,人们自然想到火车头。就目前而言,火车头只能看作是机车的一种通俗而非科学的叫法。但在内燃机车、电力机车出现之前蒸汽机车一统天下,蒸汽机车以煤为燃料,炉膛里大火熊熊,称之为火车头既形象又贴切。

  2001年2月,担任广东肇庆调车牵引的前进3573号蒸汽机车光荣退役。一向畅通无阻的蒸汽机车却接到了不准出入的禁令,原因是它启动慢,噪音大,粉尘多,爬坡慢。那喷着遮天浓烟呼啸前进、高大威猛的英姿消失了,前来接班的是内燃东风3型机车。

  据了解,目前广东省境内还有蒸汽机车20余辆。蒸汽机车是以蒸汽机为动力的火车,是最早的火车类型。原铁道部机务局副局长、中国铁路学会理事杨照久说:“目前,我国铁路动力改革基本完成,至今仍在运行的蒸汽机车不到400台,占机车总数的2%左右,主要分边远地区和矿区。”

  随着铁路干线、支线上的客货运输全部都由效率更高、马力更大、环保性能更好的内燃机车和电力机车所取代。蒸汽机车轰隆的响声和其喷射的白色蒸汽,已经慢慢变成了人们遥远的记忆。专家预计,中国将在2002至2003年全部取消蒸汽机车。

  一位蒸汽机摄影爱好者说:“面对这即将消失的风景,我们用自己的‘第三只眼’去目击最后的蒸汽机车,用胶片去见证、去浓缩那属于机器的时代!”已退役的蒸汽机车,成为摄影爱好者的拍摄对象,许多外国摄影者专程来去拍摄蒸汽火车头的风采。

  中国被讥为“万国机车博览会”

  1984年,经常有一批批外国旅游者到沈阳市苏家屯区铁路机务段看机车,其中以日本人居多。日本游客见了那台“亚细亚号”蒸汽机车,便与之合影,又三鞠躬,崇拜之情溢于言表。原来他们当中许多人曾是“亚细亚号”上的司机、乘务员,或是乘坐过它的人。

  据当年筹备陈列馆时的苏家屯机务段党委书记张林介绍,“亚细亚号”蒸汽机车是日本川崎公司于1934年制造的最豪华蒸汽机车,设计速度130公里/小时,动轮直径两米,外部呈流线型,加轻车厢。当年,车厢内有空调、软席、软卧和软包展望车厢,极为气派典雅,堪与欧洲东方快车媲美。这个机车被日本人引为骄傲,当年共建造了12台,全部用在东北,现在仅存的一台。

  中国于1876年修建了第一条铁路,新中国以前,我国虽然修建了若干条铁路,但却没有一个能够生产制造铁路机车的车辆厂,所用机车只能依赖进口。这样,大量的外国机车便纷纷涌进了我国,外国人轻蔑地称中国是“万国机车博览会”。

  据统计,到新中国成立时,使用的蒸汽机车是由9个国家的30多个工厂制造的,合计有189个机型(准轨187种,窄轨11种;台湾存有34种窄轨机车型号未计在内),共4069台。中国铁道出版社编辑严介生说,在旧中国半个多世纪内究竟淘汰了多种机车?并没有资料可查。但有一点是清楚的:旧中国铁路上运行过的外国蒸汽机车肯定超过1949年的统计数。就蒸汽机车型号的庞杂众多而言,中国绝对可位居“世界之最”。

  在沈阳市铁路蒸汽机车陈列馆内,有1907年到1960年美国、日本、捷克、波兰、德国、罗马尼亚、前苏联及我国等9个国家制造的各种类型的蒸汽机车共16台,都已退役多年。其中1907年美国制造的小型机车已逾90高龄,是目前馆内展出的最古老的机车。

  蒸汽机车在中国晚退休40年

  中国第一台真正意义上的国产蒸汽机车,是1952年底由四方机车车辆厂按日本“天皇型”仿制的解放型2121号蒸汽机车。然而,这中国的“第一台”比世界上使用的第一台蒸汽机车——1814年英国人乔治·斯蒂芬森制造的“火箭号”晚了138年。而就在我们的“第一台”呱呱坠地的1952年,日本宣布停止蒸汽机车的生产,美国和苏联也分别在1953年和1957年起不再生产蒸汽机车。

  杨照久说,美国、日本和苏联等先进国家实现由蒸汽机车到内燃机车和电力机车的改革分别用了7年、23年和20年,也就是说,蒸汽机车到20世纪60年代已经开始“退休”了。20世纪90年代,世界上只有3个国家使用蒸汽机车:中国、印度和南非;2000年,世界上只有中国还有602台蒸汽机车在国家铁路上行驶(蒸汽机车在我国铁路上使用最多的是1979年,达7899台)。

  先进工业国家的铁路已经或接近完成牵引动力改革,用内燃或电力机车牵引了,中国的蒸汽机车制造业才刚刚起步。中国人经过艰苦奋斗,先仿制,再改进,直到自己设计制造出性能超过当年发达国家的产品。

  1956年大连机车车辆厂设计试制了一台具有当时世界先进水平的前进型蒸汽机车。此后又先后设计制造了人民型干线客运蒸汽机车、上游型工矿蒸汽机车,跃进型蒸汽机车以及用于地方铁路的星火型蒸汽机车和出口越南的米轨货运蒸汽机车。至1988年年底,铁道部决定停止生产干线铁路蒸汽机车时,共计生产了各型蒸汽机车9786台。

  铁道部老部长吕正操在《中国蒸汽机车世纪集影》一书的《序言》中所说,蒸汽机车“在中国达到了它发展史上的鼎盛”,其效用“发挥到了极致”。

  北京大学张承福教授认为,我国落后的铁路设施,却要面对世界上最大的货运和客运运输市场。因为中国的资源大部分在西部和北部,而人口集中在东部沿海地区,要实现资源和人口的合理配置,需要大量的运力来完成。蒸汽机车在中国长期而广泛地使用,也是有一定的现实原因的。

  蒸汽火车越来越快

  任何一个火车设计者设计一辆机车时,首先关心的是这辆机车能够为拖拉的列车提供多大牵引力。牵引力受下列因素限制:锅炉压力、汽缸直径、活塞冲程、主动轮直径。设计者考虑的另外因素是锅炉供给的蒸汽量,而蒸汽发生量又受到火力大小的影响。

  到1923年,世界上各种各样的机车已有100多种。呆板的小型四轮车已被快速灵巧、多至10个车轮的火车头代替,以便牵引更多的货车车厢,并保证高速客车更加平稳安全。火车头开始装上了可以遮蔽风雨的司机室。1836年,一位美国陆军少校将第一个汽笛装在一辆火车上。火车越来越完备了。到1836年也已有长达2649千米的铁路。这一年,铁路运载的旅客超过了10万人。火车缩短了距离,这是人人都感受到的享受。30年后的1867年,一列火车早上由华盛顿开出,旅客们可以在同一天在纽约吃晚餐,伊文思当年的预言已经成为了事实。其中最完善、性能最好的和最重要的是 4-4-0型的机车。4-4-0是指车底由前至后的车轮数目,有四个小车轮装在前方转向架上,四个由活塞传来动力的大主动轮装在后面,司机室下边则设有车轮或后转向架。在1840年到1890年间这种机车的地位尚无其它机车能与之相比。尽管如此,这种机车把煤转变成为蒸汽动力进行运输的效率仍然很低。4-4-0型机车只能将煤的热能的4%变为牵引力。设计者通过增加主动轮,加大锅炉受热面积来提高机车的牵引力。

  到20世纪初,用于货运的最优秀机车是2 -8-2日本天皇型,用于高速客运的则是4-6-2太平洋型。专门烧锅炉的司炉原来每小时需要向锅炉内铲进大约2吨半的煤来产生供火车奔跑用的蒸汽。后来有人发明了省力的机械加煤机,蒸汽压力显著提高。蒸汽由锅炉进入汽缸的路途中,来回经过燃料室烟道内的细管,把温度自华氏350度升高至华氏500度以上,可以增加20%的输出效率。在这种条件下,到第一次世界大战时,已经出现了每小时跑161千米的火车。对于那些年龄稍大的一直坐四轮马车的人们来说,坐这种速度的火车简直就像飞行一样了。

  蒸汽机车难逃被淘汰的命运

  把蒸汽的热能转换为机械能,作为火车的动力,这一愿望随着1765年詹姆斯·瓦特发明世界上第一台蒸汽发动机而变为现实。

  据中国铁路机车车辆工业总公司有关负责人介绍,蒸汽火车是靠煤和水来推动, 蒸汽火车头的机械部份非常坚固,原理其实十分简单。炉子上的水壶里的水开了之后,水蒸汽就会把壶盖顶起来。如果把水壶密封起来,所产生的压力就会更大,可以用来推动机器。其实蒸汽机车就像一个大水壶,是靠水蒸汽的力量来推动火车前进。

  蒸汽机车是18世纪下半叶工业革命时期的一大发明,它开辟了近代运输的新纪元。此后,随着技术的发展,蒸汽机车的性能不断得到改善。

  1814年,世界上第一台能实用的蒸汽机车诞生,并于1825年在世界上第一条标准轨铁路上正式运行。1938年,美国的赫德森232型蒸汽机车平均速度达到每小时193千米,最高速度达到每小时200千米。

  蒸汽机车虽取得相当大的发展,但是,蒸汽机工作起来很浪费能源。在烧掉的煤产生的能量之中,只有7%用于推动车轮,93%的能量都没有利用。同时,蒸汽机车还要“喝”大量的水,每走10千米就要消耗2000千克的水。此外,机车冒出的黑烟会污染环境,蒸汽机车的操作也较复杂,劳动强度大,又是加煤,又是加水,还要注意锅炉的蒸汽压力,等等。

  杨照久介绍,与蒸汽机车相比,内燃机车、电力机车具有更好的性能,可以把运费进一步降低1/2。很多国家,早在20世纪60年代就用内燃机车或电力机车取代了蒸汽机车。

  内燃机车和电力机车都诞生于19世纪末,内燃机车的工作原理是:让柴油或煤气燃料在汽缸里燃烧,利用燃烧时产生的温度高和压力大的气体去推动活塞,带动车轮前进。而电力机车则利用电力,通过电动机使车轮转动起来。

  内燃机可把燃料的 28%用于驱动车轮,虽然内燃机车本身的造价是相同马力的蒸汽机车的3倍,可运行费用仅是蒸汽机车的40%左右,而且铁路沿线的辅助设施较少,所以总的维修费用也较低。

  内燃机车虽然有不少优点,但目前内燃机的单机功率还不如电力机车的电机功率大。如果铁路要翻山越岭,内燃机车就有些“力不从心”,要改用电力机车了。电力机车的机械构造比内燃机车简单,购买、保养的价格都较低,而且功率大,工作效率高,没有污染。发展电气化铁路已经成为世界铁路发展的主导潮流。

  

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