第一节山舞银蛇——火车基础知识篇
1．火车简介
本书从火车基础知识、构造原理、发展的历程以及高新技术在列车上的应用等几个方面入手，对火车做了一个全面而系统的介绍，阅读本书，你会对火车有一个更为全新的了解和认识。
那疾驰在广阔原野上的火车，从远处看，犹如一条铁蛇在大地上匍匐前行，又如一条长龙在旷野里躲闪腾挪。
随着现代科学技术的突飞猛进，火车的速度也逐年得到提高，真正实现了夕发朝至，与时俱进。火车在人们的日常生活和生产中，起的作用也越来越重要，成为工业生产的生命补给线，也日益成为人们日常出行的必不可少的交通工具。在我们周围，乘坐过火车出行的人是太多了，但你对火车又有多少了解呢？
能道出一二来的恐怕就更少了吧。那么，我们一起来认识一下火车，走进火车的世界去游览一番吧！
在人类历史上，火车是最重要的机械交通工具之一，而且还有独立的行驶轨道。早期被人们称作蒸汽机车，也有人称其为列车。
如果将铁路列车按载荷物来进行划分，大致可分为两种：运货的货车和载客的客车。同时，也有把二者集于一身的客货车。
1781年，被称为“火车之父”的乔治·斯蒂芬森，出生在英国一个矿工家庭。当他长到18岁的时候，仍然是一个文盲。为了学习知识，他不顾别人的冷嘲热讽，与七八岁的孩子坐在一个班级学习。
1810年，他开始制造蒸汽机车，并认为蒸汽机车前景光明。1817年，斯蒂芬森做出一个决定：修筑从利物浦到曼彻斯特的铁路线，完全用蒸汽机车承载运输任务。然而，却遭到了保守的铁路拥有者的反对，他们认为蒸汽机车难以胜任。于是，他们提出在铁路边上设置固定的牵引机，以便牵引火车。然而斯蒂芬森并没有知难而退，而是制造出了性能优良的“火箭号”机车。这一机车表现卓越，使怀疑者在事实面前不得不改变态度。与此同时，利物浦-曼彻斯特铁路，便成为世界上第一条完全靠蒸汽机车运输的铁路线。
最早使用燃煤蒸汽动力的燃煤蒸汽机车，虽然有很多值得认同的地方，但却有一个不容忽视的缺点：铁路沿线必须设有加煤、加水的设施。不仅如此，还得在运营中浪费很长时间为机车添煤加水，因此经济成本相对较大。许多科学家看到了这一问题，便在19世纪末，将研究转向电力和燃油机车上了。
康瓦耳郡的工程师查理·特里维西克，设计了世界上第一列真正在铁轨上行驶的蒸汽火车，该火车共有四个动力轮。1840年2月22日，第一次试车。空车时，每小时行驶20千米。载有重物时，每小时行驶8千米，这与人快步行走的速度几乎是相等的。然而不幸的是，由于火车太过笨重，铁轨被压垮了。
1879年，第一台电力机车问世，是由德国西门子电气公司研制的，重约954千克。然而，仅在柏林贸易展览会上做过一次表演。
直到1903年10月27日，西门子与通用电气公司研制的首台实用电力机车才正式使用，时速大约为200千米。
第一台汽油内燃机车，是德国于1894年研制成功的，并将它应用于铁路运输，由此开创了内燃机车的新纪元。但是这种机车缺点是烧汽油，耗资多，故而不易推广。
1924年，德、美、法等几个国家，共同研制了柴油内燃机车，而且在全球范围内很快得到了推广。
新型的燃油汽轮机车，是瑞士于1941年研制成功的，燃料为柴油，结构较简单，震动也得到了改良，运行性能较好。正因为此，这一新型燃油轮机车，得到了工业国家的普遍认可。
时间进入1960年代，世界各国开始大力发展高速列车，如法国巴黎至里昂的高速列车，时速高达260千米；日本东京至大阪的高速列车，时速也超过了200千米。
由于科技日趋发展，即使如此之快的高速列车，仍不能满足人们的需求。为此，法国、日本等国家首先研制了磁悬浮列车。我国也不甘落后，在上海修建了世界上第一条国产磁悬浮列车线，此列车时速高达400～500千米。
对于火车人们应该再熟悉不过了，然而对于其组成部分，以及车辆的基本结构，了解的人就少之又少了。下面对列车组成部分进行一下简单介绍。
事实上，铁道车辆有很多类型，而且构造各不相同。一般情况下，车辆是由车体及车底架、走行部、车钩缓冲装置、制动装置和车内设备所组成的。
车体及车底架是一个整体，是用来容纳旅客以及货物的；由两台转向架共同组成一个走行部，主要用来承受车辆的重量，并行驶在轨道上；安装在车底架两侧的中梁上的车钩缓冲装置，将机车与车辆、车辆与车辆相互联结起来，从而形成所谓的列车；而制动装置，使得列车按需要实现减速或在规定距离内停车，能够更好地保证列车运行的安全；而那些车内的设备，是为旅客以及货运人员提供的。
2．世界火车发展史
人们远程旅行时，通常会选择火车，车上各种设施较为齐全，例如座位、床铺、餐厅、洗手间等应有尽有，怪不得有人将其称为“流动的旅馆”呢！坐在车厢里，不仅平稳，而且还可以观赏车外的景色。除了这些用途之外，火车还能够为世界各地运送货物。来吧，让我们来重温一下火车的发展史吧！
最早的蒸汽机车1804年，英国的德里维斯克，通过对瓦特蒸汽机的改造，研制出一台用来运货的蒸汽机车。锅炉被他制成管状，这样一来，就会大大增加蒸汽压力，而且不易出现故障。没过多久，他将此蒸汽机安装在铁路马车上，最早的蒸汽机车也就从此诞生了。
不仅如此，德里维斯克又发明了最早的载客火车。1808年，他在伦敦建造了一条圆形的轨道，用蒸汽机车牵引，专门用来运送客人。
这是第一辆真正的载客火车，但当时人们并没有太多人认识到它的重要意义。
1810年，英国的斯蒂芬森在此基础上，自己动手研制蒸汽机车。
1814年，他的“布鲁克”号机车问世了。此机车共有两个汽缸、一个长为2.5米的锅炉，还有一个凸缘的车轮，能够承载8节矿车，载重为30吨，时速为6.4千米。
此后的10年中，斯蒂芬森相继造了12辆与“布鲁克”号非常接近的火车头。这些设计虽然没有重大的突破，但是他认为火车时代在不久的将来必然会到来。
18世纪早期，由于生产力不断发展，生产效率也随之提高，工厂迫切需要大量原材料的运进，与此同时也需要将产品输送到世界各地，马车已经远远满足不了人们的需求了。那时的蒸汽机车正好能够满足人们的需求，不仅有相当大的运载力，且能够进行长距离运输。于是，蒸汽机车一跃而成为运输业的冠军。
1829年4月，利物浦-曼彻斯特铁路委员会宣布，即将举行一次竞赛。比赛要求是：每辆机车牵引一列载满石子的车辆，在3千米长的路上往返运行20次，获胜的机车设计者可以赢得500英镑。
在10月份的比赛中，斯蒂芬森亲自驾驶“火箭”号机车，牵引着12吨重的货车，时速达22.5千米。直到第10次行驶时，时速提高到33.7千米，而最后更是出人意料，时速竟高达47千米，因此力挫群雄，成为冠军。当他抵达终点时，全场观众无不欢呼惊叫。自此以后，斯蒂芬森的才能和蒸汽机车发明人的身份得到了世人的普遍认可，没有人再怀疑他的才能了。
1817年，有一位英国商人，名为批司，他想修筑一条达灵顿-斯托克顿的铁路，并任命斯蒂芬森为修筑铁路的总工程师。由于当时处于工业革命时期，钢铁工业与机器制造业发展水平较高，这就为铺设铁路提供了必要的条件。在这项工程中，斯蒂芬森采用了4.57米长的锻铁铁轨，两根轨道之间的距离统一为1.435米。铁路1825年竣工，并开始通车。在世界上，这是首条采用机车牵引，并同时办理客运和货运业务的铁路。
斯蒂芬森于1825年9月27日，亲自驾驶自己设计制造出来的“动力”1号机车，一共载着550名乘客，自达灵顿出发，以24千米的时速，向斯托克顿行驶。这一旅程之后，“动力”1号机车被人们称之为人类历史上第一列用蒸汽机车牵引，行驶在铁路上的载人列车。当列车抵达斯托克顿时，现场4万余人为之欢呼，为人类历史这一非同凡响的旅行祝贺。
1830年后，随着生产力不断提高，蒸汽机车的动轮也从两对（有时三对）发展成为四、五、六对；
与此同时，热效率、牵引力和功率也在不断得到提高。
1830年的最后一个季度，利物浦-曼彻斯特铁路乘客运载多达7万人；1831年，其运输总收入为50万英镑；1832年，英国共建有24条商业铁路，其中有一条最为兴旺，年运载量达35万人次，而且还可载70万吨货物。1832年，美国仅建造新铁路就多达17条。到1936年，美国已有2649千米长的铁路了。而且在这一年，铁路运载旅客10余万人次，谱写了交通史上新的篇章。
19世纪早期，年年都会发生交通事故，大量铁路工人在火车运行过程中死亡或受伤。其中有三分之一的人，是由于在两车之间挂车钩时，不幸受伤或死亡。约翰逊发现两手的手指可以互相钩住，于是发明了一种铰接自动挂钩。这一发明可以避免事故的发生，为此，约翰逊申请了一项专利。然而在当时，员工受伤铁路不需要赔偿，因此那些铁路负责人对这一发明不屑一顾。这样一来，此项发明只好被搁置起来。
早期，司机为了火车能够停下来，不得不关掉机器，将车上的锡制号笛拉响。男性旅客听到号笛，便相继从车上跳下，共同让火车停下来。后来，乔治·威斯汀豪斯由于看了一篇关于风钻的文章，从中找到灵感，研制出一台空气制动阀。将其安装在一列火车上，试验成功了。这一设备的发明，使得火车仅在短暂的时间内，就可以停下来了。
河北开滦煤矿于1878年开工，为了解决煤炭的运输问题，清政府计划修建一条唐胥铁路。1880年开始施工，1881年开始通车，铁路长为10千米。
后来，由于中国人手里握着英国的几份火车设计图纸，再加上矿厂可以提供起重机锅炉、长井架等各种设备。没过多久，中国第一台蒸汽机车－－“龙”号机车便问世了。1952年，中国又研制出了真正意义上第一台国产蒸汽机车。随后，又研制出了许多型号的机车，例如解放型、建设型、胜利型、人民型、FD型、前进型等，共计6种型号蒸汽机车。
京张铁路(北京─张家口)，是中国人自行设计﹑修建的第一条铁路。詹天佑是此项工程的总工程师，于1905年5月开工。这一工程地形相当复杂，外国人曾扬言“中国造此路之工程师尚未出生”，可是事实并非如此。詹天佑为了穿越燕山山脉以及军都山的都山大沟，在路段为22千米内，采用了30％的坡道以及“人”字型路轨。
不仅如此，当列车抵达青龙桥车站时，换个方向由推机车转换为牵引机车，不再受到地形的限制。这一铁路的建成，开创了中国人自行设计﹑修建铁路的先河。
随着时间的推移，蒸汽机车应用越来越广泛，但也存在着很多不容忽视的缺点，例如运送的煤四分之一被火车“吃掉”了。随着行驶路程的增长，需要加水、加煤，还需要洗炉。
不仅如此，在行驶中还要放出大量黑烟，对环境造成污染，特别是在火车驶入山洞时，由于浓烟散不出去，对旅客和车上工作人员的健康造成严重影响。正是由于如此多的不利因素，曾经风靡一时的蒸汽机车，最终被历史淘汰了，取而代之的是新一代的电力机车和内燃机车。
一位名为西门子的德国人，于1879年研制出一台小型电力机车，由150伏直流发电机供电，而且不冒烟。这一机车的问世，马上引起人们的关注，电力机车的发展史，从此便开始了。在英国，电力机车于1890年正式用于营业；在美国，电力机车于1895年开始应用于干线运输。后来，德国、日本也相继研制出了具有实用价值的电力机车。
世界首条电气化铁路，是于1879年在德国柏林建成的。其中也有西门子公司设计的铁路，长度约为600米，共有三根铁轨，其中一根就是用来输送电力的。
柏林电气化双轨铁路于1881年建成：一根铁轨为火线；另一根为地线。1885年，成立了西门子─哈尔斯克公司，而且还修建了一条长为6千米的电气化铁路，这是第一次采用高架电线输送电流。
此外，瑞士于1904年架设了单向交流电压为1.5万伏的高压电线，为500马力的BB型电力机车供电。自此以后，电气化铁路迅速发展起来。
进入20世纪初期，美国通用电气公司组装了一辆汽油机车，发电机是由内燃机带动的，然后通过发电机带动电动机，机车受到推动就能够行驶了。
后来，柴油机便问世了。由于这一发明实用价值高，经济性能好，不久便在铁路上得到广泛应用。
美国新泽西州的中央铁路于1925年使用首辆220千瓦的小型柴油机机车，随后，又出现了大型机车，分别为2574千瓦、5516千瓦。
此类大型机车能够牵引5000余吨的货物，时速高达145千米。