火車用什么運行的

【專家解說】：美國在制成電力機車后，于1898年開始在波士頓修建地鐵，并于1904年通車，從而代替了喧鬧的高架鐵道和不合時宜的鐵道馬車。 紐約和巴黎在地鐵施工中，由于地下都是堅硬的巖石的地質(zhì)構(gòu)造，所以不能使用英國的盾構(gòu)施工法，而采用先在巖石上開小洞，再進(jìn)行擴大的施工辦法。而德國柏林卻是松軟的砂土地質(zhì)構(gòu)造，因此先開挖路面，再采用沉箱法施工。 到了20世紀(jì)初期，世界上已有19個城市開通了地下鐵路。此后，有許多國家都在籌建地鐵。例如，前蘇聯(lián)的地鐵建設(shè)雖然起步較晚，但有利之處是，可吸收各國經(jīng)驗，研究各種不同的地鐵施工技術(shù)，采用適合自己的方法進(jìn)行施工。于1932年開工修建的莫斯科地鐵，在第二次世界大戰(zhàn)期間，為了當(dāng)防空洞使用，仍在繼續(xù)施工，完成了6千米。如今的莫斯科地鐵，是世界上最豪華地鐵之一。 世界上最早建成地鐵的英國倫敦，現(xiàn)已有地鐵400多千米，居世界首位。其次是紐約，有380多千米。第三是巴黎，有近200千米。 鐵路機車 鐵路運輸是19世紀(jì)20年代發(fā)展起來的，它的前驅(qū)是英國17世紀(jì)的木軌和18世紀(jì)的鐵軌上的手推和馬拉車輛運輸。1802年英國人特里維西克制成3.5個大氣壓的“高壓蒸汽機”及第一臺實驗性蒸汽機車，在默瑟爾和加爾第夫之間的鐵路上行駛了14.5公里。1815年他又制成了7個大氣壓和熱效率超過7%的蒸汽機車，功率在100馬力之上，為后來斯蒂芬遜完成火車的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)。 1814年拿破侖侵英戰(zhàn)爭爆發(fā)，馬車不能適應(yīng)戰(zhàn)時運煤的需要，斯蒂芬遜研制成從煙囪排蒸汽以使鍋爐鼓風(fēng)燃燒的機車。載 30噸煤每小時行駛6.4公里。到1825年9月，他終于制成可供使用的蒸汽機車，每小時可行駛24公里，載重90噸，從而完成了火車的發(fā)明。 1826年至1830年9月，斯蒂芬遜和他的兒子一起制成第一臺載客運輸火車“火箭式”，在競賽中獲勝，從此開始了蒸汽機車鐵路運輸?shù)臅r代。1872年英國開始普及有座位的車廂，正式出現(xiàn)運客火車。 鐵路運輸?shù)陌l(fā)展將軌距的標(biāo)準(zhǔn)提到日程上來，至今國際通行的標(biāo)準(zhǔn)軌距就是19世紀(jì)30年代英國人布魯內(nèi)爾提出來的，英國直到1892年才予以統(tǒng)一。1870年世界鐵路總長為21萬公里，到1900年已達(dá)79萬公里。 20世紀(jì)初，由于用三級膨脹式蒸汽機和帶過熱器的機車，燃料消耗率進(jìn)一步降低。機車和列車的結(jié)構(gòu)有了較大改進(jìn)。1936年至1938年間，英國的格萊斯雷先后設(shè)計出非流線形的“太平洋”號和流線形的“大西洋”號機車，時速分別達(dá)到182.5公里和203.5公里。1938年法國制成時速為202公里的高速蒸汽機車。 由于蒸汽機車燃料消耗率高，體大笨重，污染嚴(yán)重，以后逐漸被柴油機車和電力機車所取代。1926年至1929年間，德國制成直接用齒輪傳動的和壓縮空氣傳動的柴油機車。1932年在德國的柏林至漢堡和英國的東北鐵路上分別出現(xiàn)時速為125和101.5公里的柴油機車。但由于柴油成本高和機車速度尚低于蒸汽機車，在歐洲未能推廣。美國則因柴油比較便宜，并在 1935年出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化的組合式柴油機，大大促進(jìn)了柴油機車的發(fā)展，1945年已有4000臺。 60年代初各發(fā)達(dá)國家開始成批生產(chǎn)4000～6000馬力的柴油機車。到70年代前期，柴油機車功率已成系列，數(shù)量滿足要求，很多國家停止使用蒸汽機車。1981年，英國制成時速高達(dá)270公里的高速柴油機車。 繼柴油機車之后，電力機車又逐步發(fā)展起來。1879年柏林博覽會展出第一臺可供實用的電力機車，并在德國使用。電動機的轉(zhuǎn)速可隨負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化，運行安全，設(shè)備簡單，無污染，操縱和制動方便，而且還可以從發(fā)電站接受強大的電源，在短時間內(nèi)產(chǎn)生必需的起動功率，便于高速行駛。 1955年，法國制成高速電力機車，時速達(dá)332公里，1981年又增加到380公里。電力機車的最大困難是架空線路和變電設(shè)備成本過高問題，美國用單相交流電進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，其成本比直流線路低三分之二，因而被廣泛采用，迎來電力機車大發(fā)展的新時期。 “長辮子”火車 1879年出世的世界第一臺電力機車，是利用兩條鐵軌之間的第三條軌將電力引進(jìn)機車?yán)锏?。這種供電方式適合于電壓和功率都比較低的情況。 隨著電力機車的發(fā)展，要使它跑得快，運載量大，就得提高電力機車供電系統(tǒng)的電壓和功率，因而需要使用高壓輸電線和變電裝置。在這種情況下，就不能再使用設(shè)在地面上的第三條軌供電的方式了，因為這既不安全，又給使用帶來不便。 1881年，德國試驗成功一種適合以高壓輸電線供電的電力機車新的供電系統(tǒng)，叫做“架空接觸導(dǎo)線”供電系統(tǒng)，也就是將電力機車的供電線路由地面轉(zhuǎn)向空中。實際上，這種供電系統(tǒng)和現(xiàn)在城市中的有軌電車相似，在車頂上裝著一條“長辮子”。它與以前使用蓄電池的電動機車的主要不同在于，它自身不帶電源，由電廠供電，所以機車的結(jié)構(gòu)比較簡單，但需要一套供電設(shè)備。 這種裝有“長辮子”的火車，依靠裝在車頂上的受電弓子把電力從架在空中的電線上引到機車?yán)铩８邏狠旊娋€送來的電是高達(dá)110千伏的三相交流電，必須經(jīng)過牽引變電所變成25千伏的單相交流電，方能供機車使用。因此，在電力機車行駛的鐵道沿線上，每隔50公里左右設(shè)一個牽引變電所。變電所的電又被送到鄰近的沿線接觸網(wǎng)上，通過機車上的受電弓將交流電引到機車的整流器上，把交流電變成直流電，使直流電動機旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)過一套傳動裝置，帶動車輪轉(zhuǎn)動，機車就會跑動起來。 電力機車雖然問世較早，但直到20世紀(jì)60年代才開始受到人們的重視，被大量普遍地使用起來，已成為鐵路機車家族中的佼佼者。 人們將電力機車稱為神通廣大的“火車頭”，就是因為它比蒸汽機車有著以下獨特的優(yōu)點： 一是它的馬力大，拉得多、跑得快、爬坡的勁頭足。例如，我國在 50年代末期修筑的第一條電氣化鐵路——寶 （雞）成（都）鐵路，就充分發(fā)揮了電力機車的優(yōu)越性。從寶雞到成都，第一道關(guān)口就是要翻越氣勢雄偉的秦嶺。過去用3臺蒸汽機車?yán)涣?50噸貨車上秦嶺時，像老牛拉車每小時才行走18公里。蒸汽機車下坡時是靠閘瓦制動的，而閘瓦因摩擦就會變熱，如果不及時冷卻就難以將機車制動住。為了保證行車的安全，蒸汽機車的下坡速度比爬還慢，有時甚至走走停停，以便使受熱的閘瓦有足夠的時間冷卻。后來用3臺電力機車取代同樣數(shù)量的蒸汽機車，就能拉著2400噸的貨物，以時速50公里快速上坡，比蒸汽機車在運貨量和速度上都提高了近兩倍。電力機車下坡時，采用電阻制動，使列車能以每小時40公里的速度下坡，既快速又安全。 二是電力機車用的是“干凈”的電能，它不冒黑煙、揚灰渣，因而不會污染環(huán)境。即便是通過幾公里長的隧道，旅客也不必?fù)?dān)心濃煙和廢氣熏人，也不會被討厭的煤灰渣迷住眼睛或弄臟衣服。機車駕駛?cè)藛T也能在寬敞明亮的司機室進(jìn)行操作。 三是電力機車操作簡便，出車前的準(zhǔn)備時間短，不像蒸汽機車那樣，既要裝煤，又要加水，也不像內(nèi)燃機車需要加油。無論是在缺水的沙漠地帶，或是在冰天雪地的寒冷地區(qū)，只要有電力供應(yīng)，電力機車就能牽引列車晝夜行駛。 四是電力機車使用的是電能，既可由煤炭、石油來發(fā)電，也可由水力、核能、天然氣、地?zé)帷⑻柲艿劝l(fā)電，能量來源比蒸汽機車和內(nèi)燃機車豐富，而且效率高。蒸汽機車的熱效率只有 7%；內(nèi)燃機車的熱效率較高，也僅為28%；而采用火力發(fā)電的電力機車，其效率可達(dá)30%，若以水力發(fā)電時，熱效率高達(dá)60%～70%。 (下面還有)