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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。機車軸式1-5-1,當計算供汽率為70千克/米·小時時，機車輪周功率為2960馬力，但鍋爐蒸發(fā)量不能滿足運行的需要，僅生產(chǎn)了40多臺。機車裝有一個大飛輪，借助于它的旋轉慣性動力，保持汽缸活塞的往復運動。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：光滑的鐵的機車驅動輪可在光滑的鐵軌上運行而不會空轉；機車可以拖動本身重得多的東西。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。勝利型蒸汽機車國產(chǎn)勝利型蒸汽機車是青島四方廠于1956年的客運機車，編號從601號開始，到1959年停產(chǎn)為止，共計生產(chǎn)了151臺。高壓機車采用水管式鍋爐，雖然熱效率較高，但構造復雜，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裝置（扇煙筒），已為20多個國家和地區(qū)所采用。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用。中國的前進型、建設型和人民型蒸汽機車都已安裝這種設備。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。

蒸汽機車因車架形式不同可分為：

①板梁式車架機車，車架是板梁型結構，車架較輕，歐洲國家采用較多。

②桿梁式車架機車，車架是桿狀結構，用厚鋼板切割成型或用鑄鋼鑄造，采用普遍。

蒸汽機車就其車架和動力單元的組成來說，可分為：

①常規(guī)機車，只有一個固定車架組成一動力單元（包括汽缸、動輪、連桿裝置和閥動裝置等）并支承鍋爐。

②關節(jié)機車，除有一個固定車架組成的動力單元并支承鍋爐后半部外，還有一個可轉動的車架和后面的固定車架連接組成另一動力單元，并可滑動地支承鍋爐前半部，起轉向架作用。