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瓦特發(fā)明蒸汽機后,1804年英國人R.特里維西克創(chuàng)造了一輛鐵路蒸汽機車(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)裝有一個平放的汽缸。機車有兩對動輪，由齒輪傳動,軸列式為0-2-0。機車裝有一個大飛輪，借助于它的旋轉(zhuǎn)慣性動力，保持汽缸活塞的往復(fù)運動。機車重4.5噸，時速8公里，能牽引10噸貨物,5節(jié)車，可乘70名旅客。這一實踐證實兩個重要現(xiàn)象：光滑的鐵的機車驅(qū)動輪可在光滑的鐵軌上運行而不會空轉(zhuǎn)；機車可以拖動本身重得多的東西。蒸汽機車按軸式排列分即將機車的導(dǎo)軸、動軸和從軸的數(shù)量用三個阿拉伯?dāng)?shù)字依次來表示。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。這個問題涉及如何利用有限的機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，蒸汽機車的性能進一步得到改善。20～30年代，機車的鍋爐壓力由 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）,試驗性高壓機車的鍋爐壓力甚至高達9.807兆帕(100千克力/厘米2)以上。高壓機車采用水管式鍋爐，雖然熱效率較高，但構(gòu)造復(fù)雜，重量大，造價高，維護困難，維修費高，而且極易發(fā)生故障，運用可靠性差，因而未能正式投入運用。但一般機車的鍋爐壓力以美國、加拿大高,為2.068兆帕（21.1千克力/厘米2）。40～50年代，有些國家進一步提高了過熱蒸汽溫度，如蘇聯(lián)JIB和2-4-2型機車高溫度達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多個國家和地區(qū)所采用。③凝汽式機車，乏氣進入裝于煤水車后部的冷凝器凝結(jié)成水，再泵入鍋爐重復(fù)使用，損失的水由煤水車的水補充。利用廢氣熱來加熱給水的混合式給水加熱器已得到廣泛應(yīng)用。中國的前進型、建設(shè)型和人民型蒸汽機車都已安裝這種設(shè)備。為了提高機車熱效率，目前仍在繼續(xù)研制凝汽式蒸汽機車。近年來還提出了蒸汽機車使用沸騰爐床，燃用煤氣等建議，希望使蒸汽機車的熱效率達到10％以上。

1876年7月3日，中國鐵路——“淞滬鐵路”（窄軌）建成通車，那臺英制名曰“先導(dǎo)號”的蒸汽機車（機車總重量1420kg）時速為24—32公里，為我國外國蒸汽機車。 1881年11月8日，建成了中國自辦鐵路——“唐胥鐵路”（唐山至胥各莊）。在“唐胥鐵路”修筑路基的同時，中國工人憑時任總工程師的英人金達（C.W.Kinder）的幾份圖紙，利用礦場起重機鍋爐和豎井架的槽鐵等舊材料，試制成功了一臺“0—3—0”型的蒸汽機車。Kinder）的幾份圖紙，利用礦場起重機鍋爐和豎井架的槽鐵等舊材料，試制成功了一臺“0—3—0”型的蒸汽機車。（只有三對動輪，無導(dǎo)輪和從輪），被金達、薄內(nèi)（Burnet）等英國專家命名為“中國火箭號”和“龍?zhí)枴保瑸槲覈灾频恼羝麢C車（曾存于北京府右街交通陳列館內(nèi)，并可生火行駛，以供眾覽，“七七事變”后失蹤，至今查無下落）。