機(jī)車（locomotive）是牽引或推送鐵路車輛運(yùn)行，本身不裝載營(yíng)業(yè)載荷的自推進(jìn)車輛，俗稱火車頭。主要包括蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車三大類，另外還包括燃?xì)廨啓C(jī)車等，具體分為客運(yùn)機(jī)車、貨運(yùn)機(jī)車、客貨通用機(jī)車(或通用機(jī)車)、調(diào)車機(jī)車、工礦機(jī)車，客運(yùn)機(jī)車主要適用于牽引旅客列車的機(jī)車。機(jī)車發(fā)展主要按照蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車以及電力機(jī)車先后順序出現(xiàn)的。
1803年，英國(guó)工程師發(fā)明了鐵路蒸汽機(jī)車。1804年，特里維西克改進(jìn)瓦特的蒸汽機(jī)，造出了一臺(tái)貨運(yùn)蒸汽機(jī)車。1812年，英國(guó)工程師John Blenkinsop構(gòu)想了世界上最早的蒸汽齒軌機(jī)車模型。1814年“鐵路機(jī)車之父”（George Stephenson）在英國(guó)成功發(fā)明了第一輛蒸汽機(jī)車。1879年，德國(guó)人維爾納·馮·西門子（Werner von 西門子股份公司）成功制造出實(shí)際意義上的電力機(jī)車，標(biāo)志著電力機(jī)車的誕生。1894年，德國(guó)制造出世界上第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車。
機(jī)車主要由機(jī)車車體、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、電氣設(shè)備和通信裝置等部分組成。其中蒸汽機(jī)車主要由鍋爐、汽機(jī)、車架和走行部以及煤水車等組成。電力機(jī)車通常由電氣部分、機(jī)械部分和空氣排水管3大部分組成。內(nèi)燃機(jī)車的基本構(gòu)造是由柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置、車體走行部、輔助裝置、制動(dòng)設(shè)備、控制設(shè)備等部分組成。
機(jī)車是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，應(yīng)用無(wú)人駕駛技術(shù)和圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)車自動(dòng)駕駛、數(shù)據(jù)采集、智能分析等全過(guò)程智能化作業(yè)是機(jī)車的未來(lái)趨勢(shì)。
簡(jiǎn)史
蒸汽機(jī)車
前身時(shí)期
1803年，英國(guó)工程師（Richard Trevithick）發(fā)明了鐵路蒸汽機(jī)車。1804年，設(shè)計(jì)制造了世界上第一輛貨運(yùn)輪式蒸汽機(jī)車“新城堡”號(hào)，這臺(tái)蒸汽機(jī)車，在結(jié)構(gòu)上初步具備了早期蒸汽機(jī)車的雛形，后來(lái)，把這種蒸汽機(jī)裝在鐵路馬車上，出現(xiàn)了最早的蒸汽機(jī)車。1807年，英國(guó)人特勒維雪克制造了一輛蒸汽機(jī)車，重5噸，每小時(shí)行駛8公里，只能牽引十幾噸貨物。1808年，德里維斯克制造出來(lái)第一臺(tái)用于客運(yùn)的的蒸汽機(jī)車。1810年（George Stephenson）著手制造蒸汽機(jī)車，1812年，John Blenkinsop等人為英國(guó)北部的米德爾頓礦山設(shè)計(jì)制造了一款名為“Salamanca”號(hào)的蒸汽機(jī)車，“Salamanca”號(hào)發(fā)明后的很長(zhǎng)一段時(shí)間，齒軌車的運(yùn)用都僅限于礦山運(yùn)輸，“Salamanca”因此成為人類歷史上最早的齒輪鐵軌機(jī)車。
鐵路應(yīng)用時(shí)期
1814年,喬治·斯蒂芬森發(fā)明了第一臺(tái)蒸汽機(jī)車。1825年第一次駕駛“動(dòng)力”1號(hào)機(jī)車參加鐵路運(yùn)營(yíng)，其軌距為四英尺又八點(diǎn)五英寸，即1435mm。“動(dòng)力”1號(hào)拉著550名乘客，從達(dá)靈頓出發(fā)，以24千米/時(shí)的速度駛向斯托克頓，這被認(rèn)為是人類歷史上第一列用蒸汽機(jī)車牽引，在鐵路上行駛的旅客列車。
1826年，英國(guó)在蒸汽機(jī)車牽引線路上修建了長(zhǎng)770m的泰勒山單線鐵路險(xiǎn)道及長(zhǎng)為2474m的維多利亞雙線隧道。1828年，和他的兒子共同制造了“火箭號(hào)”蒸汽機(jī)車，平均速度達(dá)到22km/h。1829年，將鐵路運(yùn)營(yíng)的各項(xiàng)要素整合起來(lái)，并在從到的鐵路上試驗(yàn)成功，隨后的工程師兼實(shí)業(yè)家彼得·庫(kù)珀制造出第一臺(tái)名為“拇指湯姆”的機(jī)車。
1830年，世界上第一條蒸汽機(jī)車專用的城市間公共鐵路線（曼徹斯特鐵路）開通。1831年，美國(guó)首輛機(jī)車“良友號(hào)（Best Friend of Charleston）”在鐵路投入營(yíng)運(yùn)，成為在美國(guó)軌道上成功牽引火車的首輛機(jī)車。1834年,的兒子羅伯特的工廠成功造出三軸機(jī)車，這種機(jī)車在英國(guó)等國(guó)家廣泛使用。
1838年英國(guó)科學(xué)家Davidson和Aberdeen設(shè)計(jì)了一個(gè)用于推動(dòng)機(jī)車運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。1839年,約翰·安德里亞斯·舒伯特教授制造出了第一臺(tái)德國(guó)設(shè)計(jì)的蒸汽機(jī)車。1851年，采用蒸汽動(dòng)力機(jī)車，成為火車歷史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。1854年，美國(guó)機(jī)車制造商開發(fā)出一套流程來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)車組件的生產(chǎn)。1855年，日本佐賀藩精煉所的中村奇輔開始制作蒸汽機(jī)車模型并成功運(yùn)轉(zhuǎn)，這是日本最早的機(jī)車模型，長(zhǎng)40厘米、寬10厘米，其中鍋爐長(zhǎng)27厘米、寬9.3厘米。1863年，世界上第一條用蒸汽機(jī)車牽引的地下鐵道線路在英國(guó)倫敦建成通車。
內(nèi)燃機(jī)車
1894年，德國(guó)制造出世界上第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車。1913年，世界上第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車在瑞典默雷爾斯塔·南曼蘭的鐵道開始營(yíng)運(yùn)。這臺(tái)內(nèi)燃機(jī)車是用75馬力的6缸柴油機(jī)直接連接發(fā)電機(jī),驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，采取的傳動(dòng)方式為電傳動(dòng)。
1932年，德國(guó)采用2機(jī)重聯(lián)式流線型高速內(nèi)燃動(dòng)車開始運(yùn)行，這種內(nèi)燃動(dòng)車是將邁巴赫公司造的功率為410馬力的V形12缸柴油機(jī)安裝在兩端頭車的駕駛室內(nèi)，采用2臺(tái)300 kW電動(dòng)機(jī)的電傳動(dòng)方式，動(dòng)車組最高速度達(dá)160 km/h，該列動(dòng)車組被命名為“飛行的漢堡包人號(hào)”，成為高速內(nèi)燃動(dòng)車的先驅(qū)。
20世紀(jì)20年代，德國(guó)和瑞典的液力變扭器被實(shí)用化，推進(jìn)了使用液力變矩器的液體式變速機(jī)的開發(fā)。1928年開發(fā)了將液力變矩器和直聯(lián)段組合的里斯霍爾姆·史密斯式變速機(jī)。1935年開發(fā)了內(nèi)裝多臺(tái)液力變扭器的充、排油式(福伊特式)變速機(jī)，采用液體式變速的內(nèi)燃機(jī)車比電氣式輕，比機(jī)械式容易綜合控制。1935年，德國(guó)國(guó)鐵開發(fā)了1400馬力的8缸柴油機(jī)與福伊特式液力變速機(jī)的液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。1953年，裝有2臺(tái)1000馬力的V形12缸柴油機(jī)的V200型液力傳動(dòng)干線內(nèi)燃機(jī)車制造成功。
電力機(jī)車
1879年，德國(guó)人成功制造出實(shí)際意義上的電力機(jī)車，標(biāo)志著電力機(jī)車的誕生。該車由150負(fù)直流發(fā)電機(jī)供電，能運(yùn)載20名乘客，時(shí)速12千米，同年在柏林貿(mào)易展覽會(huì)上，駕駛這輛電力機(jī)車首次成功運(yùn)行，電力機(jī)車正式發(fā)展。19世紀(jì)70年代初期，經(jīng)合組織(OECD)國(guó)家中大約2/3客運(yùn)鐵路交通能源是靠柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車提供，而其余的1/3是電力機(jī)車提供動(dòng)力。
1881年生產(chǎn)了世界上第一輛用于公共交通的有機(jī)電車。19世紀(jì)80年代左右的電力機(jī)車階段，所采用的牽引控制主要是直流供電方式。
20世紀(jì)60、70年代，美國(guó)GM公司、和機(jī)車公司、法國(guó)Alstom公司和設(shè)計(jì)生產(chǎn)了多種八軸內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車用于牽引重載貨物列車和高速客運(yùn)列車。20世紀(jì)60年代，法國(guó)開始研究能在2種不同電壓下運(yùn)行的電力機(jī)車，公司最早開發(fā)了雙流制機(jī)車，并應(yīng)用接觸網(wǎng)為其提供牽引電能。20世紀(jì)80年代初，交流傳動(dòng)技術(shù)開始應(yīng)用于電力機(jī)車，并取得了快速發(fā)展。20世紀(jì)90年代開始，世界發(fā)達(dá)國(guó)家已停止生產(chǎn)整流器式(即交-直傳動(dòng))電力機(jī)車，只生產(chǎn)交-直-交傳動(dòng)電力機(jī)車。
21世紀(jì)，電力機(jī)車發(fā)展進(jìn)入了技術(shù)革新的全新時(shí)代，各國(guó)都大力發(fā)展高速鐵路，高速列車技術(shù)發(fā)展迅速。
燃?xì)廨啓C(jī)車
最早燃?xì)廨啓C(jī)車采用的是復(fù)式。
1933年，瑞典率先制造了一臺(tái)480 kW的自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)車及一臺(tái)950 kW的連桿活塞燃?xì)廨啓C(jī)車。
1941年，瑞士制造了功率為1,620 kW的開式燃?xì)廨啓C(jī)車。
1951年，法國(guó)先后制造了735 kW和1770 kW的自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)車并投入運(yùn)行。
1954年，蘇聯(lián)制造了一臺(tái)2210 kW的自由活塞燃?xì)廨啓C(jī)車。
1948年到20世紀(jì)50年代末，美國(guó)制造了多批次燃?xì)廨啓C(jī)車，功率分別為2980 kW、3580 kW和6384 kW。
20世紀(jì)60年代至70年代，中國(guó)試制了2210 kW和2940 kW的燃?xì)廨啓C(jī)車，并進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)。
構(gòu)造與原理
車體系統(tǒng)
機(jī)車車體是指內(nèi)燃、電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架之上的車廂部分（也稱上部結(jié)構(gòu)），機(jī)車車體結(jié)構(gòu)包括全尺寸車廂、車頭罩、設(shè)備艙等。車體機(jī)車車體主要由司機(jī)室、底架、側(cè)墻、后端墻、臺(tái)架、地板、活動(dòng)頂蓋、車鉤緩沖裝置等組成。機(jī)車車體側(cè)壁結(jié)構(gòu)一般由內(nèi)部骨架和外部蒙皮組焊而成，側(cè)壁骨架一般由型鋼或壓型件拼焊而成，車體是機(jī)車的骨架，它既是各種設(shè)備，如柴油機(jī)、傳動(dòng)裝置、大型電氣設(shè)備和各種輔助機(jī)組的安裝基礎(chǔ)，又要傳遞各個(gè)方向的力。
機(jī)車車架按承受載荷的方式可分為車架承載式車體和整體承載式車體2種。車體根據(jù)外形分外走道式(罩式)和內(nèi)走道式56(棚式)”。現(xiàn)代的機(jī)車技術(shù)對(duì)機(jī)車車體結(jié)構(gòu)的要求很高，其要求有需要足夠的空間對(duì)機(jī)械和電氣設(shè)備進(jìn)行安裝，能夠承受動(dòng)荷載、靜荷載和傳遞牽引力，在事故中對(duì)駕駛者的安全提供保護(hù)，盡可能的減輕重量，外形符合原理等。
轉(zhuǎn)向架
轉(zhuǎn)向架機(jī)車車體的主要組成部分，為列車平穩(wěn)行駛提供保障，因而需要較高的強(qiáng)度及耐疲勞性能。牽引座作為機(jī)車上的一種牽引裝置，承擔(dān)了機(jī)車車體與轉(zhuǎn)向架之間的縱向作用力，因此牽引座的故障將直接影響到機(jī)車的安全運(yùn)行。構(gòu)架作為機(jī)車轉(zhuǎn)向架的骨架，起到“固定軸距、承載傳力、安裝聯(lián)系”的作用，是轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，也是聯(lián)系機(jī)車車體和輪對(duì)軸箱最重要的部件。軸箱拉桿作為鐵路機(jī)車轉(zhuǎn)向架的重要組成部件，連接構(gòu)架與軸箱,實(shí)現(xiàn)了輪對(duì)的柔性定位，在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中起到傳遞牽引力(制動(dòng)力)和部分橫向力的作用,其性能參數(shù)直接影響轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行穩(wěn)定性和平穩(wěn)性等機(jī)車性能。
車鉤緩沖裝置
車鉤又叫車鉤緩沖裝置，機(jī)車與車輛間以及車輛與車輛間通過(guò)車鉤緩沖裝置連接。車鉤緩沖裝置是機(jī)車車輛的基本配置，包括車鉤、緩沖器、手動(dòng)開鉤機(jī)構(gòu)等，可實(shí)現(xiàn)車鉤的連掛，并可實(shí)施手動(dòng)操作。在列車運(yùn)行中傳遞牽引力和緩解沖擊力，在車輛運(yùn)輸中起著非常重要的作用。
牽引梁
牽引梁是機(jī)車車輛底架的重要部件，是縱向、橫向載荷的主要承載件。牽引梁用于安裝車鉤緩沖裝置，傳遞機(jī)車車輛縱向力。
牽引系統(tǒng)
牽引齒輪作為機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置的重要組成部分，是進(jìn)行機(jī)車方案設(shè)計(jì)時(shí)首要的考慮因素，牽引齒輪的性能和幾何尺寸將會(huì)影響整個(gè)機(jī)車的方案設(shè)計(jì)。機(jī)車的牽引系統(tǒng)是指用于傳輸動(dòng)力并驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行的關(guān)鍵部件。它包括了多個(gè)組成部分，主要由電力機(jī)車或柴油機(jī)車的動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、牽引電機(jī)和牽引控制系統(tǒng)等組成。
動(dòng)力裝置
動(dòng)力裝置是機(jī)車牽引系統(tǒng)的核心，它提供動(dòng)力給機(jī)車。對(duì)于電力機(jī)車來(lái)說(shuō)，它通常由交流或直流發(fā)電機(jī)組成，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。而柴油機(jī)車則采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。
傳動(dòng)裝置
傳動(dòng)裝置用于將動(dòng)力從動(dòng)力裝置傳遞到車輪上。對(duì)于電力機(jī)車來(lái)說(shuō)，傳動(dòng)裝置一般是通過(guò)齒輪、鏈條或傳動(dòng)軸等機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)。而柴油機(jī)車通常采用傳統(tǒng)的液力傳動(dòng)系統(tǒng)或機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。
牽引電機(jī)
牽引電機(jī)是機(jī)車牽引系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，它將電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化為牽引力，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。牽引電機(jī)通常安裝在車輪上，通過(guò)傳動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞給車輪。牽引電動(dòng)機(jī)是電力機(jī)車的核心工作原理，它為電力機(jī)車驅(qū)動(dòng)車輪，外界的電力是它的驅(qū)動(dòng)能源。電動(dòng)機(jī)車使用牽引電動(dòng)機(jī)作為它的驅(qū)動(dòng)車輪。接觸網(wǎng)電力機(jī)車動(dòng)力來(lái)源，因此電力機(jī)車所到之處必須要有接觸網(wǎng)，然而由于內(nèi)各部位的設(shè)備構(gòu)造特殊性，為滿足動(dòng)車組供電需要，動(dòng)車所內(nèi)接觸網(wǎng)也根據(jù)動(dòng)車運(yùn)用所不同功能部位的結(jié)構(gòu)特殊性、供電的安全可靠而采用更加復(fù)雜的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
牽引控制系統(tǒng)
牽引控制系統(tǒng)用于控制機(jī)車的牽引力和速度。它接收來(lái)自司機(jī)操作臺(tái)的指令，并根據(jù)需要調(diào)整牽引電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)精確的牽引力和速度控制。作為機(jī)車柴油機(jī)核心裝置——柴油機(jī)控制單元(ECU)極為重要，其是一種以微處理機(jī)為操作介質(zhì)的控制系統(tǒng)，應(yīng)用全面監(jiān)測(cè)柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施精準(zhǔn)的質(zhì)量研判，必要時(shí)采取保護(hù)措施。在內(nèi)燃機(jī)車起動(dòng)時(shí)，為了保證機(jī)車的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須由傳動(dòng)軸與發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)接。通常都是發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)軸系的各部件緊密地連接在一起，從而驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車。發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸并不是單獨(dú)的，它必須與其它的軸、齒機(jī)構(gòu)配合起來(lái)，才能起到傳動(dòng)的作用。
隨著統(tǒng)一鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)措施的頒布，明確了歐洲鐵路貨物聯(lián)運(yùn)發(fā)展方向，后續(xù)新造調(diào)車機(jī)車大部分符合TSI的要求，通常都開發(fā)了多流制牽引系統(tǒng)，能夠兼容歐洲不同國(guó)家接觸網(wǎng)供電制式，實(shí)現(xiàn)跨國(guó)運(yùn)輸，極大地提高了機(jī)車的適用性。
輔助系統(tǒng)
機(jī)車的輔助系統(tǒng)是為了滿足機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中其他功能需求而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。機(jī)車輔助系統(tǒng)的作用是為機(jī)車牽引以及制定提供有效保障，機(jī)車輔助系統(tǒng)的質(zhì)量對(duì)于機(jī)車的有效運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大的影響。一般來(lái)說(shuō)內(nèi)燃機(jī)車輔助傳動(dòng)系統(tǒng)是在內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)用中驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)械及電氣設(shè)備工作的,通常具有輔助系統(tǒng)供電、主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁供給、牽引電機(jī)的通風(fēng)、機(jī)車內(nèi)部的通風(fēng)、冷卻風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)以及空壓機(jī)的驅(qū)動(dòng)等功能。
列車供電系統(tǒng)
列車供電系統(tǒng)為車廂提供電力，用于驅(qū)動(dòng)車廂內(nèi)的照明、空調(diào)、冷藏設(shè)備等。在電力機(jī)車中，列車供電系統(tǒng)通過(guò)接觸網(wǎng)或第三軌供電，將電能傳輸?shù)杰噹小?/p>
制動(dòng)系統(tǒng)
制動(dòng)系統(tǒng)用于控制機(jī)車的減速和停車。常見的制動(dòng)系統(tǒng)包括空氣制動(dòng)和電力制動(dòng)。空氣制動(dòng)使用空氣壓力來(lái)操縱制動(dòng)裝置，電力制動(dòng)則利用牽引電機(jī)的反饋能量來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)是保障列車安全的重要組成部分，關(guān)系到列車運(yùn)行中的安全性及可靠性。隨著列車長(zhǎng)度的變化，制動(dòng)特性發(fā)生相應(yīng)變化。制動(dòng)特性直接影響到列車的縱向沖動(dòng)，制動(dòng)缸充氣特性和制動(dòng)波傳播特性是影響列車縱向沖動(dòng)的主要因素。制動(dòng)缸充氣特性和制動(dòng)波傳播特性與列車管參數(shù)密切相關(guān)，因此，列車管路直接影響列車的縱向沖動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)車的正常運(yùn)行過(guò)程中有著重要作用，如果基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)一旦失靈，將對(duì)列車運(yùn)行的安全性造成嚴(yán)重危害。
空調(diào)系統(tǒng)
空調(diào)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)機(jī)車和車廂內(nèi)的溫度和濕度，提供乘車舒適性。它通常包括空氣循環(huán)系統(tǒng)、溫度控制和空氣過(guò)濾等功能。
通信系統(tǒng)
通信系統(tǒng)用于機(jī)車與列車調(diào)度中心、車站和其他列車之間的通信。它包括無(wú)線電通信設(shè)備、信號(hào)系統(tǒng)和列車位置跟蹤系統(tǒng)等，以確保有效的信息傳遞和列車運(yùn)行安全。動(dòng)車所內(nèi)部的無(wú)線通信系統(tǒng)承載了調(diào)度通信、機(jī)車綜合無(wú)線通信設(shè)備出/入庫(kù)檢測(cè)等行車和維護(hù)相關(guān)業(yè)務(wù)，對(duì)保障動(dòng)車組列車和動(dòng)車所正常運(yùn)行具有重要作用，因此動(dòng)車所內(nèi)需要保證高質(zhì)量的無(wú)線通信。
監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)（STP）用于監(jiān)測(cè)機(jī)車和列車的各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)。它可以包括故障診斷系統(tǒng)、車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)和車載數(shù)據(jù)記錄器等，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障，并提供數(shù)據(jù)支持和安全保障。
關(guān)鍵技術(shù)
車體制造技術(shù)
機(jī)車車輛的設(shè)計(jì)制造工藝包括調(diào)試、總裝、車體制造等，各個(gè)工藝相輔相成，每種工藝都很重要。機(jī)車車體制造領(lǐng)域，螺柱焊連接技術(shù)作為一種特殊的連接技術(shù)已逐步得到推廣應(yīng)用。整體承載式車體與鐵路電力機(jī)車車體結(jié)構(gòu)類似，車體制造技術(shù)已十分成熟穩(wěn)定。機(jī)車車輛關(guān)鍵基礎(chǔ)件加工領(lǐng)域采用可切割銅、鋁等有色金屬能夠?qū)崿F(xiàn)更高效、快速精確加工，尤其是在車體制造、轉(zhuǎn)向架制造、機(jī)車內(nèi)飾金件加工中扮演著重要角色。鋁合金具有比強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕、機(jī)械加工性能優(yōu)良以及可再生性好、資源豐富等一系列優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在機(jī)車車體制造中得到了廣泛應(yīng)用。中國(guó)DJJ1型電力動(dòng)車組機(jī)車的車頭蓋是用一種復(fù)合材料制作，這種材料重量輕、強(qiáng)度高、阻燃性好，代表著未來(lái)車體制造的發(fā)展趨勢(shì)。
蓄電池技術(shù)
蓄電池技術(shù)以及應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，成本的不斷下降，能量密度的持續(xù)提升，電池空間、重量的降低，使得動(dòng)力電池在機(jī)車車輛裝車成為可能，動(dòng)力電池在軌道交通機(jī)車上的裝車，尤其是在內(nèi)燃機(jī)車上的應(yīng)用,具備明顯的優(yōu)勢(shì)，一方面可以補(bǔ)充內(nèi)燃機(jī)車柴油發(fā)電機(jī)組動(dòng)力的不足，大幅降低柴油機(jī)裝車功率要求，機(jī)車設(shè)計(jì)可以選擇小型柴油機(jī)降低排放。蓄電池技術(shù)發(fā)展，其使用壽命得到延長(zhǎng)、成本降低，使用該混合動(dòng)力機(jī)車經(jīng)濟(jì)效益將更加明顯。
伴隨著鋰離子蓄電池技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，蓄電池單軌吊機(jī)車的使用性能及續(xù)航能力會(huì)變得更加優(yōu)越。
電力牽引控制
在鐵路運(yùn)輸中電力牽引已經(jīng)替代內(nèi)燃牽引成為主導(dǎo)方式，中國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、、法國(guó)等里程占比已經(jīng)超過(guò)50%。在行業(yè)，隨著電力機(jī)車的發(fā)展與應(yīng)用，電力牽引控制成為了軌道交通的核心技術(shù)之一。電力機(jī)車及動(dòng)車組上的電力牽引系統(tǒng)一般由受電弓、單相工頻牽引主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)等部分組成。電力機(jī)車及動(dòng)車組上的電力牽引系統(tǒng)一般由受電弓、單相工頻牽引主變壓器、牽引變流器、牽引電機(jī)等部分組成。
牽引變電所是電力牽引的專用變電所，其把區(qū)域電力系統(tǒng)送來(lái)的電能，根據(jù)電力牽引對(duì)電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，并分別送到沿鐵路線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車供電。大容量微處理器的應(yīng)用為交流傳動(dòng)電力牽引控制提供了優(yōu)越的硬件條件，加之軟件技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)代交流傳動(dòng)機(jī)車(列車)的控制系統(tǒng)日趨完善。中國(guó)電力牽引控制技術(shù)重點(diǎn)是開發(fā)30t軸重載電力機(jī)車、現(xiàn)代有軌電車等。2020年德鐵線路的電氣化率為61%，高于54%的平均水平，鑒于鐵路電力牽引完成的工作量占比已達(dá)74%，德國(guó)政府將在全面評(píng)判電氣化工程的成本和收益后，對(duì)進(jìn)一步實(shí)施電氣化改造，讓德國(guó)鐵路總體電氣化率到2025年提高至70%,2030年達(dá)到75%。
動(dòng)力技術(shù)
國(guó)外新能源機(jī)車為適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)車發(fā)展的新要求，歐美等國(guó)家采用小功率高速柴油機(jī)和動(dòng)力電池的混合動(dòng)力技術(shù)，開發(fā)了平臺(tái)化的系列產(chǎn)品，其代表為ALSTOM公司研制的Prima H3型機(jī)車和Prima H4型機(jī)車。從混合動(dòng)力技術(shù)和應(yīng)用情況來(lái)看，雙動(dòng)力源機(jī)車和動(dòng)車組通常都是在成熟電力機(jī)車或動(dòng)車組的基礎(chǔ)上集成柴油機(jī)組，油箱容積大多為4000L以內(nèi)，主要應(yīng)用于調(diào)車任務(wù)和短距離干線旅客運(yùn)輸，中國(guó)正在研制適用于牽引長(zhǎng)距離普速旅客列車的混合動(dòng)力機(jī)車，在六軸電力機(jī)車平臺(tái)上進(jìn)行柴油機(jī)的集成。
主要分類
蒸汽機(jī)車
蒸汽機(jī)是靠蒸汽的膨脹作用來(lái)作功的，當(dāng)司爐把煤填入爐膛時(shí)，煤在燃燒過(guò)程中，它蘊(yùn)藏的化學(xué)能就轉(zhuǎn)換成熱能，把機(jī)車鍋爐中的水加熱、汽化，形成400℃以上的過(guò)熱蒸汽，再進(jìn)入蒸汽機(jī)膨脹作功，推動(dòng)汽機(jī)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞通過(guò)連桿、搖桿，將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)檩嗈D(zhuǎn)圓周運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，從而牽引列車前進(jìn)。
內(nèi)燃機(jī)車
內(nèi)燃機(jī)車以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源的機(jī)車，由于機(jī)車需要產(chǎn)生的功率較大，所以絕大多數(shù)的內(nèi)燃機(jī)車采用的動(dòng)力源是柴油機(jī)。
從動(dòng)力源（柴油機(jī)）發(fā)出的功率變成為能夠牽引列車的牽引力，中間須有一個(gè)傳動(dòng)裝置。當(dāng)今世界內(nèi)燃機(jī)車的傳動(dòng)裝置基本有三種類型，即機(jī)械傳動(dòng)、電傳動(dòng)和液力傳動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)方式弊端較多，20世紀(jì)70年代以后逐步被淘汰。電傳動(dòng)方式又分為直－直傳動(dòng)方式、交－直傳動(dòng)方式和交－直－交傳動(dòng)方式三種。
液力傳動(dòng)方式是用一套液力傳動(dòng)裝置，將柴油機(jī)產(chǎn)生的功率分別傳至每個(gè)動(dòng)輪車軸上的齒輪，以驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪滾動(dòng)。液力傳動(dòng)裝置中最重要的元件是液力變扭器，是個(gè)箱形裝置，里面充滿工作油，當(dāng)柴油機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)液力變扭器里的泵輪葉片旋轉(zhuǎn)，使工作油得到高壓、高速能量，再傳送給與機(jī)車動(dòng)輪相連接的渦輪，產(chǎn)生牽引功率。
電力機(jī)車
電力機(jī)車是以外部電源、電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)車。1842年，蘇格蘭人戴維森制成了用電池供電的電力機(jī)車，但技術(shù)不過(guò)關(guān)，未能用于實(shí)際的牽引列車。1879年，德國(guó)人成功制造出實(shí)際意義上的電力機(jī)車，標(biāo)志著電力機(jī)車的誕生。電力牽引的完整系統(tǒng)，包括外部電源、牽引變電所、接觸網(wǎng)及其支撐構(gòu)件、電力機(jī)車等。外部電源經(jīng)變壓后將電能送至接觸網(wǎng)，電力機(jī)車的受電弓將接觸網(wǎng)上的電能吸收到機(jī)車上，通過(guò)控制電路送至牽引電動(dòng)機(jī)，牽引電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)機(jī)車動(dòng)輪，產(chǎn)生牽引功率。
接觸網(wǎng)的電流制有直流和交流兩種。電力機(jī)車的傳動(dòng)方式因電流制的不同而分為三種。直一直傳動(dòng)電力機(jī)車采用直流制供電方式。牽引變電所的整流裝置將外部電源的三相交流電變成直流電后送到接觸網(wǎng)上，機(jī)車從接觸網(wǎng)接收直流電流并供給直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)。
這種制式缺點(diǎn)較多，一是接觸網(wǎng)電壓較低，接觸網(wǎng)導(dǎo)線要求相對(duì)較粗，消耗有色金屬較多；二是長(zhǎng)距離直流輸電，電熱消耗大，效率低下。這種制式出現(xiàn)于的前期，和東歐些國(guó)家在20世紀(jì)50-70年代曾采用這種制式，后來(lái)逐步改造成交流供電方式。交一直傳動(dòng)電力機(jī)車采用交流制供電方式。牽引變電所將外部電源的三相高壓電流改變成25kv工業(yè)頻率的單相交流電后送到接觸網(wǎng)上，由機(jī)車上的受電弓將接觸網(wǎng)上的交流電接收后通過(guò)主變壓器變成直流電，然后將直流電流送到直流牽引電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生牽引功率。此種制式由于提高了接觸網(wǎng)的電壓，電熱耗損下降，導(dǎo)線直徑相對(duì)較小，可以減少投資和電熱消耗。世界多數(shù)國(guó)家基本都采用這種制式。交一直一交傳動(dòng)電力機(jī)車采用的是無(wú)整流子的交流牽引電動(dòng)機(jī)，具有牽引性能優(yōu)異、可靠性高、節(jié)能效益好、全壽命、低成本等優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)和諧系列大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車應(yīng)用了該先進(jìn)技術(shù)，其中和諧電1D型機(jī)車為典型的客運(yùn)機(jī)車類型。
內(nèi)電混合動(dòng)力機(jī)車
國(guó)際上混合動(dòng)力機(jī)車應(yīng)用以“內(nèi)燃動(dòng)力包+儲(chǔ)能電源”內(nèi)電混合動(dòng)力機(jī)車為主。1986年，Ckd praha公司研制了世界上首臺(tái)混合動(dòng)力機(jī)車。隨后，多國(guó)鐵路公司和機(jī)車制造商通過(guò)改造既有內(nèi)燃機(jī)車開展相關(guān)技術(shù)研究與應(yīng)用驗(yàn)證，如加拿大RailPower公司的GG20B型內(nèi)電混合動(dòng)力機(jī)車和的ES44AC型混合動(dòng)力機(jī)車。
由于燃油經(jīng)濟(jì)性和污染物排放等方面的突出優(yōu)勢(shì)，內(nèi)電混合動(dòng)力機(jī)車得到廣泛應(yīng)用，如日本的HD300型，以及的Prima H3和Prima H4型內(nèi)電混合動(dòng)力調(diào)車機(jī)車。2018年，中國(guó)中車集團(tuán)株機(jī)公司研制的滿足TSI標(biāo)準(zhǔn)的DB漢堡調(diào)車機(jī)車交付用戶。
氫電混合動(dòng)力機(jī)車
在“氫燃料電池+儲(chǔ)能電源”氫電混合動(dòng)力機(jī)車方面，2007年美國(guó)伯靈頓北方圣菲鐵路公司 (BNSF)與總部位于科羅拉多州的車輛項(xiàng)目公司研制了世界首臺(tái)氫能源混合動(dòng)力機(jī)車，配置2套總功率為250 kW的(PEMFC)，以及1組鉛酸蓄電池，如圖2所示。2021年，加拿大太平洋鐵路公司通過(guò)網(wǎng)絡(luò)展示了H20EL型氫能源貨運(yùn)機(jī)車，計(jì)劃于2022年投入運(yùn)營(yíng)。
電電混合動(dòng)力機(jī)車
“受電弓+儲(chǔ)能電源”電電混合動(dòng)力機(jī)車方面，Prima H4機(jī)車平臺(tái)的H4 Bi-mode battery車型，弓網(wǎng)供電模式車輛總功率為1600kW，蓄電池供電模式總功率為600kW；2021年，出口的電電混合動(dòng)力，弓網(wǎng)供電模式和蓄電池供電模式的功率分別為850kW和400kW。
熱力機(jī)車
熱力機(jī)車是以熱力發(fā)動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)力的機(jī)車，主要包括以蒸汽機(jī)為原動(dòng)力的蒸汽機(jī)車、以汽輪機(jī)為原動(dòng)力的汽輪機(jī)車、以柴油機(jī)為原動(dòng)力的內(nèi)燃機(jī)車、以為原動(dòng)力的燃?xì)廨啓C(jī)車等。這幾類機(jī)車都是自帶能源的機(jī)車（自給式機(jī)車），能獨(dú)立地行駛。但是機(jī)車重量受到軸重約束，機(jī)車外形尺寸受到鐵路限界的限制，因而裝于機(jī)車內(nèi)的動(dòng)力裝置的重量和尺寸也不能過(guò)重，隨著燃料的不斷消耗，機(jī)車自身的黏著質(zhì)量也在不斷減輕，一定程度上會(huì)影響到黏著牽引力，從而限制了機(jī)車牽引力。
應(yīng)用范圍
社會(huì)生活應(yīng)用范圍
專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍
發(fā)展趨勢(shì)
輔助駕駛
現(xiàn)有機(jī)車輔助駕駛(或自動(dòng)駕駛)技術(shù)現(xiàn)有的輔助駕駛(或自動(dòng)駕駛)系統(tǒng)，在城軌、地鐵、城際鐵路上已有正式應(yīng)用，但只是限于部分線路；而機(jī)車的輔助駕駛系統(tǒng)，世界各大機(jī)車公司均在進(jìn)行研究，也有部分公司在進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，但目前階段尚未查詢到正式運(yùn)行的機(jī)車的相關(guān)信息。
縱觀全球機(jī)車領(lǐng)域,輔助駕駛(自動(dòng)駕駛)系統(tǒng)已成為新的發(fā)展方向。目前歐洲鐵路正在大力推廣ETCS系統(tǒng)，但是受限于歐洲各國(guó)的鐵路基建水平不同，推進(jìn)進(jìn)度較慢，相對(duì)應(yīng)的ETCS+ATO技術(shù)的推進(jìn)也較慢。而也在積極推進(jìn)高速鐵路的智能化和普通機(jī)車的輔助駕駛技術(shù)，目前的，已成為首條智能化的350km/h級(jí)別的高速鐵路。同時(shí)普通鐵路機(jī)車的輔助駕駛系統(tǒng)規(guī)范也在積極推進(jìn)制定當(dāng)中。
根據(jù)電力機(jī)車在輔助駕駛、智能檢修及無(wú)線傳輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及中國(guó)外對(duì)電力機(jī)車的功能需求分析，未來(lái)針對(duì)電力機(jī)車的發(fā)展將會(huì)趨向于更智能化、更人性化和更節(jié)能的方向。針對(duì)該發(fā)展方向，電力機(jī)車智能控制與運(yùn)維系統(tǒng)將是未來(lái)的發(fā)展方向,該系統(tǒng)擁有輔助駕駛、智能檢修和無(wú)線傳輸?shù)墓δ埽⒏飨到y(tǒng)進(jìn)行了綜合應(yīng)用，以使其功能更加強(qiáng)大，并且在機(jī)車運(yùn)行、維護(hù)、檢修、故障處理等方面更加方便及便捷，更能貼合用戶的需求。
備選能源機(jī)車
2020年３月，德國(guó)國(guó)家租賃公司（SFBW）制訂計(jì)劃，準(zhǔn)備采購(gòu)由生產(chǎn)的２０臺(tái)MireoPlus電力機(jī)車。此型機(jī)車裝備了牽引蓄電池。近幾年來(lái)，替代柴油機(jī)列車，使用了各種備選能源：自備柴油機(jī)和生態(tài)環(huán)保電力牽引的機(jī)車車輛出現(xiàn)在德國(guó)的許多地區(qū)，如美茵、施勒斯維希霍爾施坦因、中和等等地區(qū)。除了由蓄電池供電的電力機(jī)車外，西門子公司與加拿大BallardPowerSystems公司合作，共同研制以MireoPlus結(jié)構(gòu)平臺(tái)為基的、以供電的機(jī)車。
新能源混合動(dòng)力機(jī)車
可廣泛應(yīng)用于不同環(huán)境，滿足電氣化線路/非電氣化線路的跨線運(yùn)行需求，實(shí)現(xiàn)機(jī)車“最后一公里”自主牽引，提高轉(zhuǎn)運(yùn)效率，提升非電氣化線路的運(yùn)行能效、降低排放，是推進(jìn)軌道交通運(yùn)輸體系低碳化發(fā)展的重要技術(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
2024年1月1日，由國(guó)家鐵路局組織編制的《鐵路機(jī)車車體 第1部分：內(nèi)燃機(jī)車》等3項(xiàng)鐵路國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將正式實(shí)施。《鐵路機(jī)車車體 第1部分：內(nèi)燃機(jī)車》（GB/T 25334.1-2023）和《鐵路機(jī)車車體 第2部分：電力機(jī)車》（GB/T 25334.2-2023）對(duì)鐵路內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車車體的環(huán)境條件、車體組成、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則做出了明確規(guī)定，該規(guī)定適用于標(biāo)準(zhǔn)軌距（1435mm）鐵路的新造內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車車體。機(jī)車車體是機(jī)車的重要組成部分，是機(jī)車設(shè)備的安裝基礎(chǔ)，該標(biāo)準(zhǔn)首次納入了車體內(nèi)部件及其連接裝置的載荷要求，對(duì)確保車內(nèi)部件安裝牢靠、保障機(jī)車穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
《軌道交通 軌道車牽引系統(tǒng)用鉛酸蓄電池組》（GB/T 43054-2023）規(guī)定了軌道車牽引系統(tǒng)用鉛酸蓄電池組的環(huán)境條件、系統(tǒng)組成、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則，適用于城市軌道交通軌道車主動(dòng)力牽引系統(tǒng)用鉛酸蓄電池組，其他軌道車的動(dòng)力牽引系統(tǒng)用鉛酸蓄電池組可參照?qǐng)?zhí)行。鉛酸蓄電池組是軌道車動(dòng)力源的核心部件，該標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)了軌道車牽引系統(tǒng)用鉛酸蓄電池組標(biāo)準(zhǔn)的空白，為軌道車的高效節(jié)能、綠色環(huán)保提供技術(shù)支撐。
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從“萬(wàn)國(guó)機(jī)車”到“國(guó)家名片”——在中國(guó)鐵道博物館學(xué)習(xí)中國(guó)火車機(jī)車發(fā)展歷史(下).東方網(wǎng).2023-11-24
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熱力機(jī)車——鐵路運(yùn)輸名詞科普.科學(xué)網(wǎng)-手機(jī)版.2023-06-05
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