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火車
來源:互聯網

火車(英文名:train),也稱鐵路列車,早期稱為蒸汽機車,有獨立的軌道行駛,是由多節運載旅客或者裝載貨物的車廂所組成的車輛。截至2023年,國內旅客列車分為普速列車和動車組兩種。火車的基本構造由機車、車體、車底架、走行部、車鉤緩沖裝置和制動裝置組成。是人類現代重要的交通工具之一。

1804年,英國的礦山技師德里維斯克利用瓦特的蒸汽機造出了世界上第一臺蒸汽機車,時速為5至6公里;1825年9月27日,英國人喬治·史蒂芬遜駕駛自己設計制造的“動力1號”火車,拉著550名乘客,從達靈頓出發駛向斯托克頓,這被認為是人類歷史上第一列用蒸汽火車牽引,在鐵路上行駛的旅客列車;1890年,電力機車正式用于營業;1924年,電力傳動內燃機車研制成功并交付鐵路使用;1964年,隨著高速列車投入運營,從此開啟了高速鐵路的時代;2003年1月4日,中國在上海修建了世界第一條商用磁浮列車線,由地鐵龍陽路站到上海浦東國際機場,懸浮列車正式投入商業運營,全長29.863公里。

火車的分類大致以牽引動力和運用來劃分。按牽引動力劃分,可分為蒸汽機車、內燃機車、電力機車和磁懸浮列車;按運用劃分,可分為客運火車、貨運火車和調車火車。火車常用于旅客和貨物的運輸,具有安全、經濟、便民、實惠、全天候運輸等特點,也是人類利用化石能源運輸的典例。鐵路列車按載荷物,可分為運貨的貨車和載客的客車,亦有兩者一起的客貨混運車,但會產生大量二氧化碳,污染環境。

截至2023年,客運火車發展的共同趨勢是高速、大密度,擴編或采用雙層客車;而集中化、單元化和大宗貨物運輸重載化是貨運火車發展的共同趨勢。

發展歷史

世界的火車發展歷程

蒸汽火車

1804年,英國的礦山技師德里維斯克利用瓦特的蒸汽機造出了世界上第一臺蒸汽機車,這臺機車能夠牽引5節車廂,時速只有五六千米。

1810年,英國人喬治·史蒂芬遜開始自己動手制造蒸汽機車,1814年,喬治·斯蒂芬森造出了他的第一個機車“布魯克號”。在以后的10年中,喬治·斯蒂芬森造了12輛與“布魯克號”相似的火車頭。

1812年,齒輪蒸汽機車被發明出來,這輛機車被用來運送煤炭。

1814年,英國的史蒂芬森制造了“旅行者”號蒸汽機車,并于1825年在新建的鐵路上以24千米/時的速度跑完了40千米。

1825年9月27日,英國人喬治·斯蒂芬森親自駕駛自己設計制造的“動力1號”火車,拉著550名乘客,從達靈頓出發,以24千米/時的速度駛向斯托克頓,這被認為是人類歷史上第一列用蒸汽火車牽引,在鐵路上行駛的旅客列車。

1829年,斯蒂芬森的兒子設計建造的“火箭號”蒸汽機車以安全可靠、速度快贏得了歐洲為了證明機車的性能舉辦的蒸汽機車比賽。

1930年,美國“大拇指湯姆號”蒸汽機車拉著36位乘客與一輛馬車比賽,但由于機車皮帶故障而落敗。不過,機車的表現還是贏得了人心。

1940年,著名的“大男孩”蒸汽機車出現了,它是當時世界上最長的蒸汽機車。

電力機車

蒸汽火車雖然得到廣泛應用,但也存在著許多難以克服的缺點:消耗煤量和水量大,時不常還要清洗煤爐,在行駛中要排放黑煙,尤其是在過山洞時,濃煙難以散出去,影響旅客和車上工作人員的健康。

1879年,德國西門子電氣公司研制了第一臺電力機車,重約954公斤,由150伏直流發電機供電,能運載20名乘客,時速12千米,只在一次柏林貿易展覽會上做了一次表演。

1890年,英國的電力機車正式用于營業。

1895年,美國開始將電力機車應用于干線運輸,此后德國日本相繼研制出了實用的電力機車。

1903年7月8日,德國首先運行了由鋼軌供電的動車組,由4節動車和2節拖車編成。同年8月14日,又運行了由接觸網供電的動車組,這是世界上第一列由接觸網供電的單相交流電動車組。

1904年,瑞士又架設了單向交流電壓1.5萬伏的高壓電線,為500馬力的BB型電力機車供電。曾經輝煌一時的蒸汽火車開始退出歷史舞臺,逐漸被新一代的電力機車所取代。

內燃機車

內燃機車是以內燃機作為原動力,通過傳動裝置驅動車輪的機車。優點是啟動迅速、馬力大、熱效率較高。缺點是構造復雜、制造和維修費用大、同時造成的污染大。

20世紀初,國際上開始探索試制內燃機車。

1924年,蘇聯制成一臺電力傳動內燃機車,并交付鐵路使用。同年,德國用柴油機和空壓縮機配接,利用柴油機排氣余熱加熱壓縮空氣代替蒸汽,將蒸汽機車改裝成為空氣傳動內燃機車。

1925年,美國新澤西州的中央鐵路使用了第一輛220千瓦的小型柴油機車。后來很快出現了大型機車,可以牽引超過5000噸的貨物,速度高達145千米/時。

1958年9月9日,中國第一臺內燃機車是"巨龍"號研制成功,自重60噸,機車牽引力為600馬力,最高時速是85公里。

高速列車(高鐵)

20世紀50年代初,日本首先提出了高速鐵路的設想,并最早開始試驗工作。

1964年10月1日,東京奧運會前夕,連結東京與新大阪之間的東海道新干線正式運營,列車最高速度210km/h,從此開啟了高速鐵路的時代。

1988年4月, 第二代高速列車在法國問世。這列火車由10節車廂組成, 共有485個座位。人們為這種機車精心設置了懸浮減震裝置,以及新型低噪音、低震動的空調設備, 還裝備了新的信號系統和新的信息網絡。機車車體造型更具流線型, 大大減小了空氣阻力, 運行時最高速度達到300千米/時。

磁懸浮列車

磁懸浮列車是一種現代高科技軌道交通工具,它通過電磁力實現列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導向,再利用直線電機產生的電磁力牽引列車運行。

世界上最早進行磁懸浮列車研究的國家是德國,并創造了磁懸浮列車技術發展歷史上的多個里程碑。

1922年,德國人赫爾曼·肯佩爾提出了電磁懸浮原理,并在1934年獲得世界上第一項有關磁懸浮技術的專利。

20 世紀70年代以后,隨著工業化國家經濟實力不斷增強,為提高交通運輸能力以適應其經濟發展和民生的需要,德國、日本、英國、加拿大、美國、前蘇聯和中國相繼開展了磁懸浮運輸系統的研發工作。

日本于1977年制成樣車, 1979年在宮崎縣進行了超高速磁浮列車試驗, 時速達517千米。磁選列車具有噪音小,震動輕微,對環境污染小,運行安全舒適等特點,是未來鐵路運輸發展的主要方向。

從20世紀20年代至今的一百年里,世界范圍內研究、開發了多種磁懸浮列車,根據懸浮原理的不同,可將其分為常導吸引型磁懸浮列車、低溫超導斥力型磁懸浮列車、高溫超導型磁懸浮列車、磁懸浮技術和真空管道技術結合的超級高鐵四類。

截至2021年,全世界范圍內仍在商業運營的磁懸浮線路均為常導吸引型磁懸浮。常導吸引型磁懸浮分為高速型和中低速型,高速型磁懸浮的運行時速一般大于400km/h,如德國TR系列高速磁懸浮列車和具有中國自主知識產權的高速磁懸浮列車;中低速型磁懸浮的運行時速約為80-120km/h,如日本HSST系列中低速磁懸浮列車、中國CMS系列中低速磁懸浮列車和韓國MLV系列中低速磁懸浮列車。

除德國、日本、韓國和中國四個國家外,英國加拿大、美國、蘇聯等國家從20世紀中期起,均開展了EMS型磁懸浮列車技術的研究。截至2021年,中國在2002年底引進的德國磁懸浮技術于上海市建成的國內首條高速磁懸浮線,仍是全球唯一商業運營的高速磁懸浮列車線路,最高運行時速達430km/h。還在運營的中低速型磁浮列車,全球一共四條線路,分別是中國長沙磁懸浮快線(最高運行速100km/h)、中國北京S1號地鐵線(最高運行速度80km/h)、日本名古屋磁懸浮線(最高運行速度100km/h)和仁川國際機場線(最高運行速度110km/h)。

中國的火車發展歷程

鐵路信息和知識的傳入

有關火車的知識開始傳入中國大約是在1840年第一次鴉片戰爭前后。

中國近代史上偉大的愛國主義者林則徐于1839年主持編譯的《四洲志》、參加過抵抗英國侵略戰爭的魏源于1844年編撰的《海國圖志》都介紹了當時外國火車等科學技術信息。清末地理學家徐繼畬于1848年編著的《瀛寰志略》進一步介紹了一些國家的火車情況,如“造火輪車,以石鋪路”,“熔鐵為路,以速其行”,并稱贊這種運輸工具“可謂精能之至矣”。特別是太平天國干王洪任軒于1859 年所著《資政新篇》中,強調近代交通運輸對鞏固政權和建設國家的重要性,提出了發展幾代交通運輸的創議,但這一理想由于太平天國的失敗而未能實現。

在這期間,帝國主義列強紛紛謀求在中國修建鐵路,以便把他們的侵略勢力從中國沿海伸向內地,并為此展開了種種活動。

中國火車發展

蒸汽機車

1878年,河北開灤[luán]煤礦開工,為了運輸煤炭,清政府決定修建唐胥鐵路,并于1880年動工,1881年通車,鐵路全長10千米。

1881年,憑借英國人的幾份設計圖紙,利用礦廠的起重機鍋爐﹑長井架等設備,裝配制成中國第一臺蒸汽機車──“中國火箭”號,也叫“龍號”機車,運行于唐山至胥各莊鐵路。

1882年,清政府從英國蘇格蘭機車廠購入“0”號機車,購價約24800大洋。是在中國政府籌資修建的第一條鐵路——唐胥鐵路上使用的。

1952年7月,四方機車車輛工廠仿制成功中國第一臺“解放”型蒸汽機車,代號JF。它的誕生,結束了中國不能制造機車的歷史,揭開了中國蒸汽機車制造史上的新篇章。

1956年,四方工廠試制成功第一臺干線客運蒸汽機車“勝利”型。

1957年,大連工廠對“勝利”型改造后命名為“人民”型。

1964年,大同機車工廠對“和平”型改造后命名為“新和平”型,文革后改稱“前進”型。“前進”型機車共計生產了4708臺,是中國生產量最大的一種貨運蒸汽機車。

內燃機車

中國第一臺自己制造的內燃機車中車大連機車車輛工廠1958年仿照前蘇聯ТЭ3型號電傳動內燃機車試制成功的“巨龍號”內傳動內燃機車,后經過改進設計定型,命名為“東風型”并批量生產。

1964年, 東方紅1型干線客運內燃機車試運營,設計時速120公里/小時,機車按雙機聯掛設計,也可以單機使用。前73臺的機車標稱功率是1060kW,最大速度140km/h,車長16550mm,軸式B-B。后36臺的機車標稱功率增加到1220kW,最大速度降為120km/h。同年,中車大連機車車輛工廠開始成批生產東風型干線貨運內燃機車機車。

1960年代至1980年代,東風型柴油機車作為國鐵集團內燃牽引動力的主力之一,被廣泛運用于西北戈壁荒漠、東北大興安嶺等干旱缺水地區,以及線路坡度大、長隧道較多的中國西南地區

2001年,由大連機車車輛廠、中車長客股份公司車輛廠、四方機車車輛廠和中國鐵路北京局集團有限公司聯合研制成功NZJ2型“神州號”內燃動車組,這是中國鐵路的準高速內燃動車組車款之一,屬于動力集中式,采用推拉式設計。由于車頭外形和涂裝的特點,神州號又被戲稱為“大白貓”。采用雙層客車設計,屬于動力集中式雙層內燃動車組,每列編組形式為2動10拖,其中雙層軟座車1輛、雙層硬座車9輛,以頭尾每端各一臺柴油機車推挽式重聯牽引,構造速度為180km/h,在秦沈客運專線上小編組(兩動四拖)。

電力機車

1956年,鐵道部制定《鐵路十二年科技發展規劃》,中國由此開始實施鐵路電氣化和鐵路牽引動力改革。

1958年底,在蘇聯的技術支援下,田心機車廠(中車株洲電力機車有限公司前身)、湘電集團有限公司聯合研制出中國第一臺電力機車,即6Y1型干線電力機車。

1969年,“韶山1型”電力機車投入使用,這是國鐵集團使用的第一代國產干線客、貨兩用電力機車,車型代號SS1。韶山1型電力機車以毛澤東的故鄉韶山命名,自韶山1型開始了以“韶山”命名的電力機車的生產歷史。到1988年止,共生產826臺。機車持續功率3780kW,最大速度90km/h,車長19400mm。

2001年5月,先鋒號試運行。“先鋒”號交流傳動電動車組是中車南京浦鎮車輛有限公司負責總體研制的中國第一列交流傳動動力分散電動車組,首列電動車組命名為“先鋒”號。列車運營速度200km/h,最高試驗速度250km/h,總定員424人。在2001年10月26日至11月16日期間在廣深鐵路進行試驗,創出當時中國國內最高速度——249.6km/h。2002年9月10日在秦沈客運專線進行的測試中,又創出最高時速292.8公里的記錄。

2002年9月,“中國鐵路DJJ2型電力動車組”動車組各節動力車及拖車于中國國家鐵道試驗中心北京環行鐵道進行最后組合,并開始編組調試。“中華之星”電動車組(DJJ2型電力動車組)是中國自行設計,擁有自主知識產權的高速電力動車組,是采用交流傳動系統、動力集中型電動車組。設計時速為每小時270公里,滿座載726名旅客。

2002年11月27日,“中華之星”電動車組沖刺試驗在中國第一條鐵路快速客運專線秦沈客運專線創造了當時“國鐵集團第一速”——321.5公里/小時。

2005年8月1日,“中國鐵路DJJ2型電力動車組動力分散式列車正式投入載客運營,擔當來往沈陽市山海關區的臨時準高速列車,車次為L517/8次,其最高運營速度限制為160 km/h。

2004年12月,和諧號貨運HXD1(DJ4)型電力機車研制成功,這款機車是由中外公司共同研發的產品之一,在被命名為“和諧”型以前,被稱為DJ4,當中DJ4共有兩個款式,第一款是由中車株洲電力機車有限公司及德國西門子股份公司研發,編號由0001起;另一款則由大同電力機車有限責任公司阿爾斯通公司研發,編號由6001起。兩款機車均采用交流牽引電動機,使用交直交傳動及雙機重聯,單機軸式為Bo-Bo,即前后各一個兩軸轉向架。和諧號貨運電力機車現發展為每軸1200KW的和諧1、2、3型(1、2型為八軸(HXD2B,HXD2C除外),3型為六軸),以及六軸,每軸1600KW的和諧1B、2B、3B兩代。設計最高時速均為120KM/h。

中國的電力機車型號有:韶山、先鋒、中國鐵路DJJ2型電力動車組、和諧等。

高速列車

中國首列DMU型雙層內燃動車組由唐山機車車輛廠于1998年自行開發研制成功,并與6月在南昌至九江間投入運行。設計速度120km/h,總定員540人。

第二代高速列車

2001年,由中車大連機車車輛中車長客股份公司車輛廠、四方機車車輛廠和中國鐵路北京局集團有限公司聯合研制成功NZJ2型“神州號”內燃動車組,這是國鐵集團的準高速內燃動車組車款之一,以頭尾每端各一臺柴油機車推挽式重聯牽引,構造速度為180km/h。

和諧號

2004年,中國鐵道部展開為用于中國鐵路第六次大提速的動車組技術引進招標,在“以市場換技術”的原則下,加拿大龐巴迪公司、日本川崎重工業株式會社阿爾斯通公司以及德國西門子股份公司分別簽訂協議,向中國北車集團和CSR的廠商全面轉讓關鍵技術。中國北車集團和中國南車集團的廠商在獲得關鍵技術后通過吸收的方式達到一定程度的國產化,使“和諧號”成為“具有中國自主知識產權”的動車組產品系列。2008年中國擁有了第一條時速超過350公里的高速鐵路——京津城際鐵路

復興號

2017年6月25日,復興號動車組被正式命名為 “ 復興號 ” ,于26日在京滬高速鐵路正式雙向首發。 “ 復興號 ” 動車組在京滬高速鐵路率先實現 350km/h的運營,中國再次成為世界上高鐵商業運營速度最高的國家。相比于“和諧號”,“復興號”內更安靜,比“和諧號”降低了3分貝。其次更節能,“復興號”比原來的“和諧號”綜合能耗降低了17%,人均百公里的能耗3.8度,以京滬線為例,跑一個來回就可以省5000度電。

磁懸浮列車

中國乃至世界上第一條高速磁懸浮鐵路商業運營線是2001年3月1日開工建設的上海磁浮示范運營線示范線。2002年3月,這條磁懸浮列車示范線下部結構工程竣工。磁懸浮列車用電磁力將列車浮起而取消輪軌。在列車運行過程中,與軌道保持一厘米左右的距離,由于避免了直接接觸,行駛速度大大提高。其正常運營速度可以達到500km/h。

組成與結構

火車由牽引機車和車輛組成,車輛的基本構造由車體、車底架、走行部、車鉤緩沖裝置和制動裝置五大部分組成。

機車

按牽引動力劃分,機車主要可分為蒸汽機車、內燃機車和電力機車等。

蒸汽機車由鍋爐、汽機和走行三個基本部分。鍋爐是燃料(一般是煤)燃燒將水加熱使之蒸發為蒸汽,并貯存蒸汽的設備。它由火箱、鍋胴和煙箱所組成;汽機是將蒸汽的熱能轉變為機械能的設備。它由汽室、汽缸、傳動機構和配汽機構所組成;走行部分包括輪對、軸箱和彈簧裝置等部件。

內燃機車的基本構造是由柴油機、傳動裝置、車體走行部、輔助裝置、制動設備、控制設備等部分組成的。柴油機是內燃機車的動力裝置;傳動裝置有電傳動和液力傳動兩種;走行部采用構架式轉向架的形式;輔助裝置主要包括:燃油系統、冷卻系統、機油管路系統、空氣濾清器、壓縮空氣系統、輔助電氣設備等;制動設備包括一套空氣制動機和手制動機。電傳動機車增設電阻制動裝置,液力傳動機車裝有液力制動裝置;控制設備主要有機車速度控制器、換向控制器、自動控制閥和輔助制動閥。為了保證安全,還裝有機車信號和自動停車裝置。

電力機車本身不帶原動機,靠接受接觸網送來的電流作為能源,由牽引電動機驅動機車的車輪。電力機車是從接觸網上獲取電能的,接觸網供給電力機車的電流有直流和交流兩種。由于電流制不同,所用的電力機車也不一樣,基本上可以分為直-直流電力機車、交-直流電力機車、交-直-交流電力機車三類。

車體

車體是車輛上供裝載貨物或乘客的部分,又是安裝與連接車輛其他組成部分的基礎。早期車輛的車體多以木結構為主,輔以鋼板、弓形桿等來加強。近代的車體以鋼結構或輕金屬結構為主。  

貨車車體的主要組成部分包括側壁、端壁、車頂等。車體的鋼結構由許多縱向梁和橫向梁(柱)組成,車體底架通過心盤或旁承支承在轉向架上。車體鋼結構承擔自重、載重、整備重量及由于輪軌沖擊和簧上振動而產生的垂直動載荷;列車起動、變速、上下坡道時,在車輛之間所產生的牽引和壓縮沖擊力等縱向載荷;以及包括風力、離心力、貨物對側壁的壓力等側向載荷。 

客車車體為全金屬焊接結構,由底架、側墻、車頂和端墻等四部分焊接而成。在鋼骨架外面焊有金屬地板。側墻板、車頂板和端墻板,形成一個上部帶圓弧下部為矩形的封閉殼體,俗稱薄壁筒形結構車體。殼體內面除用縱向桿件和橫向梁、柱加強外,還采用墻板壓筋方式來代替部分桿件,以增強結構的強度和剛度,形成整體承載的合埋結構。客車車體必須具有良好的隔熱性能。為使旅客上下車方便,客車兩端設有通過臺,并在通過臺的外端設置折棚和渡板,防止風雨及寒氣侵入。車體內除設置門窗、座椅及臥鋪外,還需裝設衛生設備、通風裝置、給水設備、車電設備、取暖設備、播音裝置及空氣調節裝置等。

車底架

車底架就是由各種縱向和橫向鋼梁組成的長方形構架。它承托著車體,是車體的基礎。車底架承受上部車體及裝載物的全部重量,并通過上、下心盤將重量傳給走行部。在列車運行時,它還承受機車牽引力和列車運行中所引起的各種沖擊力及其他外力。所以它必須具有足夠的強度和剛度,才能堅固耐用。  

貨車的車底架一般由中梁、側梁、枕梁、橫梁、端梁及地板橫梁等組成。中梁位于底架的中央,是整個底架的基礎和主要受力桿件。中梁端部是安裝車鉤緩沖裝置的地方,直接承受縱向作用力。枕梁是底架和轉向架連接的地方,在枕梁下部設有上旁承和上心盤,分別和轉向架搖枕上的下旁承和下心盤相對。它受力較大,負擔全車的重量,并通過心盤將重量傳給走行部。罐車的底架結構和其他貨車有所不同,由于罐體本身具有很大剛度,因此罐內液體的重量主要由罐體來承擔,然后通過托架及枕梁傳至轉向架,故罐車底架主要承受水平的縱向牽引沖擊力。罐車的中梁由兩根槽鋼制成,中央部分蓋有上蓋板,蓋板上焊有罐體下鞍板;枕梁為箱形斷面,上面裝有罐體托架,通過蹼形板焊在枕梁上,以便支撐罐體。

客車車底架的構造和貨車底架相似。但是,由于客車兩端必須設置通過臺,所以它的小梁伸出端梁之外,和通過臺端梁、側梁組成通過臺架。在通過臺端梁之前,再裝置緩沖梁。

走行部

走行部是車輛在牽引動力作用下沿線路運行的部分。走行部的作用是保證車輛靈活、安全平順地沿鋼軌運行和通過曲線;可靠地承受作用于車輛各種力量并傳給鋼軌;緩和車輛和鋼軌的相互沖擊,減少車輛振動,保證足夠的運行平穩性和良好的運行質量,具有可靠的制動機構,使車輛具有良好的制動效果。

車鉤緩沖裝置

車鉤是用來實現機車和車輛或車輛和車輛之間的連掛,傳遞牽引力及沖擊力,并使車輛之間保持一定距離的車輛部件。它由車鉤,緩沖器、鉤尾框,從板等組成一個整體,安裝于車底架構端的牽引梁內。車鉤按開啟方式分為上作用式及下作用式兩種。通過車鉤鉤頭上部的提升機構開啟的叫上作用式(一般貨車大都采用此式),借助鉤頭下部推頂杠桿的動作實現開啟的叫下作用式(客車采用)。

制動裝置

列車制動就是人為地制止列車的運動,包括使它減速,不加速或停止運行。對已制動的列車或機車解除或減弱其制動作用,則稱為“緩解”。為施行制動和緩解而安裝在列車上的一整套設備,總稱為列車“制動裝置”。“制動”和“制動裝置”俗稱為“閘”。施行制動常簡稱為“上閘”或“下閘”,施行緩解則簡稱為“松閘”。“列車制動裝置”包括機車制動裝置和車輛制動裝置。不同的是,機車除了具有像車輛一樣使它自己制動和緩解的設備外,還具有操縱全列車制動作用的設備。

配套系統

通信系統

鐵路通信系統分有線系統和無線系統。有線通信主要靠傳輸、數據網系統承載,為供電、信號、客運服務、防災專業提供安全的通道;無線通信則是通過通信基站和直放站,在列車高速運行的環境下實現全線無線網絡覆蓋。為列車調度員、車站值班員、司機、維修工、公安民警等工作人員提供安全穩定的通信渠道,也能為應急指揮提供語音和數據保障。

設計參數

25型客車、復興號復興號CR400AF型電力動車組C和和諧號和諧號CRH1型電力動車組(200)為例:

25型客車技術參數一覽表

中國動車組參數一覽表

基礎分類

火車的分類大致以牽引動力和運用來劃分。按牽引動力劃分,可分為蒸汽機車、內燃機車和電力機車;按運用劃分,可分為客運火車、貨運火車和調車火車。

按運用劃分

客車

客車是指載運旅客的車輛、為旅客提供服務的車輛以及掛運在旅客列車中的其他用途的車輛。相對貨運火車來說,客運火車的牽引力要小一些,速度要快些。這是因為客車的編組較少,一般為20多節,載重量也比貨車小得多。

中國鐵路客車根據用途的不同,主要有如下幾種:硬座車、軟座車、硬臥車、軟臥車、行李車、餐車、郵政車、試驗車。此外,還有公務車、衛生車、醫務車、維修車、文教車、特種車等。具體型號見下表:

客車的車號編碼也有一定的規律,具體范圍見下表:

客車車號編碼

21型客車

21型客車是中國自行設計第一代主型客車,1953年開始生產,1961年停止生產。車長21.9745 m,車寬3.0045m,構造速度80~100km/h,車輛自重48/45t。21型硬臥車為三層臥鋪,定員54人,鋪位較寬,旅客睡眠較為舒適,但中鋪較低,下鋪坐人直不起腰來,所以1958年就停止生產,被22型取代。

22型客車

22型客車國鐵集團第二代主型客車,1959年生產1994年停止生產。車體長23.6m,車寬3.105m,構造速度120 km/h。硬座車有兩個密閉式通過臺,一個溫水循環獨立鍋爐暖房,兩個廁所,兩個敞開式盥洗室、一個乘務員室。座位為二、三配置,定員120名,座位之間設有固定式茶桌。

25型客車

25型客車是中國鐵路第三代主型客車,1967年開始生產。25型準高速客車運行在廣深準高速鐵路線上,設計時速為160km,最驗速度達183 km/h。準高速客車的車種有:一等軟座車、二等軟座車、二等軟座行李合造車、餐車、雙層軟座車、雙層包房軟座車等。各類車型車內配備多種功能設施,包括單元式空調機組、自動電茶爐、整體玻璃鋼洗臉室及廁所、電子信息顯示裝置、卡拉OK音響系統、有線與無線電話系統等。其中,軟臥包廂內的插座通常設置于小桌板下方;外走廊通道內的插座位于邊凳側面,一般每間隔1個邊凳設有1個插座口。

長途旅行化餐車

長途旅客列車一般在臥鋪車與硬座車之間編掛有餐車。餐車分為餐廳、廚房和儲藏室三部分。餐廳有12個餐桌,共48個座位;廚房設備主要有電冰箱、冰柜、爐灶、烤箱、鍋爐、煤箱、洗碗池、碗柜、儲料箱等;儲藏室分別用來存放煙酒、糖茶、米面蛋、干鮮蔬菜以及其他食品等。

行李車與郵政車

在某些車型中,行李車和郵政車是合二而一的,是合造車的一種。另外,在列車編組時,它們通常各掛一頭,把旅客乘坐的車廂夾在中間,擔負起保護重任,還便利到站時行包和郵件的裝卸作業,不和旅客乘降互相干擾。

1838年,英國率先開始實行列車加掛專門郵政車廂。1900年,英國還開出了世界上第一趟郵政專列。隨后,世界上有火車的國家都相繼在火車列車上加掛郵政車廂。

中國自己設計的首批21型郵政車始于1955年,1956年開始生產。1965年,設計制造22型郵政車,車體長23.6m,寬3.106m,自重44.2t,載重20t,裝載容積擴大為92立方米。車體為全鋼薄壁筒體電焊結構,一端有通過臺,另一端設淋浴設備和炊事爐。車兩側各開兩扇全鋼大拉門。車內中部設臥室和辦公室,兩端設兩個郵件室。辦公室里有信格架、保險柜和郵政信箱(投信口位于車外側墻窗戶的下方)等。

貨車

貨物運輸是鐵路運輸的重要組成部分,我們把鐵路上用于載運貨物的車輛統稱為貨車。鐵路貨車按其用途不同,可分為通用貨車和專用貨車。中國除了重載列車外,一般的貨運列車編組為60節,載重量約為3500噸。貨運火車的牽引力要比客運火車大得多,但速度沒有客運火車那么快。截止到2002年底,中國鐵路擁有貨物列車459017輛,國家鐵路擁有446707輛,合資鐵路擁有9894輛,地方鐵路擁有2416輛。在國家鐵路的44萬多輛中,有棚車91835輛、敞車257642輛、平車28028輛、罐車39258輛、保溫車7711輛、毒品車1956輛,其他車20277輛。

貨車的基本型號用大寫的漢語拼音字母來表示,這些字母多數是各類貨車名稱的第一個漢字的漢語拼音首字母,但也有個別例外。見下表:

貨車基本型號表

貨車車號編碼表

通用貨車

通用貨車分為敞車、篷車和平車,可裝的貨物類型較多,在貨車總數中占比大。

敞車:其特色為無蓋、四邊側板,其中兩邊側板有可翻開之側門,以方便卸除貨物。該車型主要用途為運煤或道碴等不畏風雨之散裝物品。敞車主要供運送煤炭、礦石、礦建物資、木材、鋼材等大宗貨物用,也可用來運送重量不大的機械設備。若在所裝運的貨物上蒙蓋防水帆布或其他遮篷物后,可代替棚車承運怕雨淋的貨物。因此敞車具有很大的通用性,在貨車組成中數量最多。

棚車:又稱篷車,俗稱悶罐車,用于運送怕日曬,雨淋、雪侵的貨物,包括各種糧谷,日用工業品及貴重儀器設備等。一部分棚車還可以運送人員和馬匹(尤其是在戰爭時期)。

平車:平車主要用于運送鋼材、木材、汽車、機械設備等體積或重量較大的貨物,也可借助集裝箱運送其他貨物。平車還能適應國防需要,裝載各種軍用裝備。裝有活動墻板的平車也可用來裝運礦石、沙土、石渣等散粒貨物。

專用貨車

專用貨車一般指只運送一種或很少幾種貨物的車輛。用途比較單一,同一種車輛要求裝載的貨物重量或外形尺寸比較統一。專用貨車一般有集裝箱車、長大貨物車、毒品車、家畜車、水泥車、糧食車和特種車等。

特種貨車

救援車、檢衡車、發電車、除雪車等可以滿足特別用途的屬于特種貨車。

救援車:救援車用于排除線路障礙物以及修復線路故障,一般編成的救援列車中包括起重吊車、修復線路材料車、工具車和救援人員食宿車。

檢衡車:就是檢查軌道是否平衡的列車,檢衡車設有砝碼和操作機器,分為30t、40t、50t等類型。

發電車:打電車的車內設有動力機械啟動的發電設備,為缺電處提供電能。

除雪車:主要用于清除鐵路上的積雪,該車車頭設有除雪板,尾部與機車連掛,以及車為動力前進。

調車火車

調車火車主要在車站完成車輛轉線以及貨場取送車輛等各項調車作業,它的特點是機動靈活,因此車身較短,能通過較小的曲線半徑,而速度相對要求不高。

按牽引力劃分

蒸汽機車

1952年,四方機車車輛廠制造出了中國第一臺“解放”型蒸汽機車。建設型蒸汽機車為干線貨運、調車及小轉用機車,是中國大連機車廠在已經初步改造的解放型蒸汽機車的基礎上進行優化改造設計開發成功的。機車全長23389毫米,構造速度每小時85公里,模數牽引力250千牛,軸式1-4-1。

勝利型蒸汽機車是中國中車青島四方機車車輛股份有限公司于1956年制成的客運機車。勝利型干線客運蒸汽機車投入運用后,使長途直達旅客列車擴大了編組,客車數量由9輛增至13輛。

內燃機車

內燃機車是以內燃機作為原動力,通過傳動裝置驅動車輪轉動的機車。因使用方便靈活、投資較少、運輸效率高,取代了蒸汽機車。

中國從1958年開始制造內燃機車,先后有“東風”等三種型號機車最早投入批量生產。1969年后相繼批量生產了“東風4”等15種新機型。

北京型機車共有4軸單節型、8軸雙節重聯型、北京6000系等三個品種,是中國最成功的液力傳動型機車之一,用于大同市大秦鐵路北京東站的客運任務。

東風7(DF7)調機型內燃機車由北京二七車輛廠制造,主要擔當調車以及小運轉任務,該車為外走廊式設計,裝車功率1470KW,最大速度100km/h,適用于大型樞紐編組站場調車及工礦小運轉作業。

東風4型內燃機車是大連機車車輛工廠1969年開始試制的大功率干線客貨運內燃機車,是中國自主研發比較成熟的干線客貨牽引機車。

電力機車

電力機車是指從接觸網或供電軌道中獲取電能,再將電能轉化為機械能,通過電動機驅動車輛行駛的火車。

韶山1型電力機車由中車株洲電力機車有限公司制造,是中國第一代國產干線電力機車。

懸浮列車

根據懸浮原理的不同,可將其分為常導吸引型磁浮列車、低溫超導斥力型磁懸浮列車、高溫超導型磁懸浮列車、磁懸浮技術和真空管道技術結合的超級高鐵四類。

第一類:常導吸引型磁懸浮列車,安裝在列車上的電磁鐵(常規導電線纜繞制而成)與軌道之間的吸力與列車的重力平衡,使得列車穩定懸浮于空中,懸浮高度約為8-10mm。

第二類:低溫超導斥力型磁懸浮列車,安裝在列車上的電磁鐵(超導線纜繞制而成)與布置在兩側軌道上的“8”字型線圈之間相對運行而產生斥力,使得列車穩定懸浮于空中,懸浮高度約為100mm。

第三類:高溫超導磁浮列車,安裝在列車上的高溫超導磁體與布置在軌道上的永磁體相互作用,使得列車穩定懸浮于空中,懸浮高度約為20mm。

第四類:超級高鐵,將磁懸浮技術和真空管道技術結合,無機械摩擦阻力和降低空氣摩擦阻力,大幅提高其運行速度。

運行原理及特點

列車由牽引機車提供牽引力,帶動整列火車前行。

蒸汽機車

蒸汽機是靠蒸汽的膨脹作用來作功的。當工人把煤填入爐膛時,煤在燃燒過程中,它蘊藏的化學能就轉換成熱能,把機車鍋爐中的水加熱、汽化,形成400℃以上的過熱蒸汽,再進入蒸汽機膨脹作功,推動汽機活塞往復運動,活塞通過連桿、搖桿,將往復直線運動變為輪轉圓周運動,帶動機車動輪旋轉,從而牽引列車前進。

蒸汽機車牽引功率較小、能源利用率較低、噪聲和震動很大、空氣污染嚴重。

電力機車

電力機車的工作原理,接觸導線上的電流,經受電弓進入機車后經過主斷路器再進入主變壓器,交流電從主變壓器的牽引繞組經過硅機組整流后,向六臺分兩組并聯的牽引電動機集中供應直流電,使牽引電動機產生轉矩,將電能轉變為機械能,經過齒輪的傳遞驅動機車動輪轉動。

電力機車本身不帶原動機,靠接受接觸網送來的電流作為能源,由牽引電動機驅動機車的車輪。電力機車具有功率大、熱效率高、速度快、過載能力強和運行可靠等主要優點,而且不污染環境,特別適用于運輸繁忙的鐵路干線和隧道多,坡度大的山區鐵路。

電力機車是從接觸網上獲取電能的,接觸網供給電力機車的電流有直流和交流兩種。由于電流制不同,所用的電力機車也不一樣,基本上可以分為直-直流電力機車、交-直流電力機車、交-直-交流電力機車三類。

內燃機車

內燃機車是以內燃機作為原動力,通過傳動裝置驅動車輪的機車。根據機車所用內燃機的種類,可分為柴油機車和燃氣輪機車。在中國,內燃機車由于使用柴油機,所以在介紹內燃機車時一般都是指柴油機車。

當柴油機的燃料在汽缸內燃燒時,所產生的高壓高溫氣體在汽缸內膨脹,推動活塞往復運動,并通過曲軸將往復運動變為旋轉運動,這樣燃料的熱能就轉化為機械功。柴油機發出的動力傳輸給傳動裝置,通過對柴油機、傳動裝置的控制和調節,將適應機車運行工況的輸出轉速和轉矩再送到每個車軸齒輪箱驅動機車動輪,使機車運行,動輪產生的輪周牽引力傳送到車架,由車架端部的車鉤變為挽鉤牽引力來拖動或推送車輛。

內燃機車有較明顯的優點,如機車效率較高、機車整備時間短、持續工作時間長、用水量少、適用于缺水地區。初期投資比電力機車少,機車乘務員勞動條件好,還便于多機牽引。但內燃機車機車最大的缺點是對大氣和環境有污染。

磁懸浮列車

磁浮列車是一種現代高科技軌道交通工具,它通過電磁力實現列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導向,再利用直線電機產生的電磁力牽引列車運行。

懸浮列車具有快速、低能耗和經濟、無污染等優點,時速可達500公里以上,也被稱為陸地飛行器。

磁懸浮列車有兩種,一種是超導的,一種是非超導的。在上海建設中的實驗線就是常規的、非超導的。

在研制磁懸浮列車的世界角逐中,德國日本的最大競爭對手,而這兩個國家的磁懸浮列車在設計上截然不同:日本采用電動懸浮方式,也稱為超導磁力浮上方式,用超導磁體與軌道導體中所感應的電流之間的相斥使車輛浮起;德國不用超導磁體,而采用電磁懸浮方式,即為常導磁懸浮方式,用鐵芯電磁鐵懸浮在車體的下方,導軌為磁鐵,而使車體浮起。日本在宮崎縣試驗線上已創造時速高達517公里的紀錄。

基本應用

社會生活

專業領域

發展趨勢

世界火車發展趨勢

客運火車發展的共同趨勢是高速、大密度,擴編或采用雙層客車,采用動力分散式列車電力機車牽引旅客列車是實現客運高速化的重要條件;而集中化、單元化和大宗貨物運輸重載化是貨運火車發展的共同趨勢,重載單元列車是用同型車輛,固定編組、定點定線循環運轉,首先用于煤炭運輸,后來擴展到其他散裝貨物,對提高運能,減少燃油消耗,節省運營車、會讓站、乘務人員等都有顯著效果,經濟上受益很大。

超級高鐵

早在2013年,埃隆?馬斯克(Elon Musk)就在一份白皮書中公布了他的超級高鐵方案——Hyperloop,用于全電動和自動化城際旅行。他聲稱Hyperloop將成為世界上最快的陸路運輸系統,繼船舶、火車、汽車和飛機之后的第五種運輸方式。

在埃隆?馬斯克理論中,超級高鐵膠囊在低壓管網絡內高速懸浮行駛,是一種以“真空鋼管運輸”為理論核心的交通工具,采用磁懸浮+低真空模式,它的理論時速可達到1200公里。因其膠囊形外表,又被稱為膠囊高鐵。Hyperloop不僅比飛機更快,而且不受天氣條件的影響;由電力驅動,零排放,因此對環境的污染也少。

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