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火车（英文名：train），也称铁路列车，指的是由多节运载旅客或者装载货物的车厢所组成的在铁路轨道上行驶的车辆。火车的基本构造由机车、车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置和制动装置组成。是人类现代重要的交通工具之一。[1][2][4][5]
1804年，英国的特里维西克造出了蒸汽机车；[2]1825年9月27日，英国人乔治·斯蒂芬森驾驶自己设计制造的“动力1号”火车，拉着550名乘客，从达灵顿出发驶向斯托克顿，这被认为是人类历史上第一列用蒸汽火车牵引，在铁路上行驶的旅客列车；[6]1890年，电力机车正式用于营业；1924年，电力传动内燃机车研制成功并交付铁路使用；[3]1964年，随着高速列车投入运营，从此开启了高速铁路的时代；[3]2002年，悬浮列车正式投入商业运营。[7]
火车的分类大致以牵引动力和运用来划分。按牵引动力划分，可分为蒸汽机车、内燃机车、电力机车和磁悬浮列车；按运用划分，可分为客运火车、货运火车和调车火车。火车常用于旅客和货物的运输，[8][9][10]具有安全、经济、便民、实惠、全天候运输等特点。[11]
截至2023年，客运火车发展的共同趋势是高速、大密度，扩编或采用双层客车；而集中化、单元化和大宗货物运输重载化是货运火车发展的共同趋势。[12]
蒸汽火车
1804年，英国的特里维西克利用瓦特发明的蒸汽机造出了蒸汽机车。这台机车能够牵引5节车厢，时速只有五六千米。[2]
1810年，英国人乔治·斯蒂芬森开始自己动手制造蒸汽机车，1814年，乔治·斯蒂芬森造出了他的第一个火车头“布鲁克号”。在以后的10年中，乔治·斯蒂芬森造了12辆与“布鲁克号”相似的火车头。[6]
1812年，齿轮蒸汽机车被发明出来，这辆机车被用来运送煤炭。[2]
1814年，英国的史蒂芬森制造了“旅行者”号蒸汽机车，并于1825年在新建的铁路上以24千米/时的速度跑完了40千米。[2]
1825年9月27日，英国人乔治·斯蒂芬森亲自驾驶自己设计制造的“动力1号”火车，拉着550名乘客，从达灵顿出发，以24千米/时的速度驶向斯托克顿，这被认为是人类历史上第一列用蒸汽火车牵引，在铁路上行驶的旅客列车。[6]
1829年，斯蒂芬森的儿子设计建造的“火箭号”蒸汽机车以安全可靠、速度快赢得了欧洲为了证明机车的性能举办的蒸汽机车比赛。[2]
1930年，美国“大拇指汤姆号”蒸汽机车拉着36位乘客与一辆马车比赛，但由于机车皮带故障而落败。不过，机车的表现还是赢得了人心。[2]
1940年，著名的“大男孩”蒸汽机车出现了，它是当时世界上最长的蒸汽机车。[2]
电力机车
蒸汽火车虽然得到广泛应用，但也存在着许多难以克服的缺点：消耗煤量和水量大，时不常还要清洗煤炉，在行驶中要排放黑烟，尤其是在过山洞时，浓烟难以散出去，影响旅客和车上工作人员的健康。[6]
1879年，德国人西门子制造出一台小型电力机车，由150伏直流发电机供电，能运载20名乘客，时速12千米，同年在柏林贸易展览会上，西门子驾驶这辆电力机车首次成功运行。[6]
1890年，英国的电力机车正式用于营业。[6]
1895年，美国开始将电力机车应用于干线运输，此后德国、日本相继研制出了实用的电力机车。[6]
1903年7月8日，德国首先运行了由钢轨供电的动车组，由4节动车和2节拖车编成。同年8月14日，又运行了由接触网供电的动车组，这是世界上第一列由接触网供电的单相交流电动车组。[6]
1904年， 瑞士又架设了单向交流电压1.5万伏的高压电线， 为500马力的BB型电力机车供电。曾经辉煌一时的蒸汽火车开始退出历史舞台，逐渐被新一代的电力机车所取代。[6]
内燃机车
内燃机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。优点是启动迅速、马力大、热效率较高。缺点是构造复杂、制造和维修费用大、同时造成的污染大。[3]
20世纪初，国际上开始探索试制内燃机车。[3]
1924年，苏联制成一台电力传动内燃机车，并交付铁路使用。同年，德国用柴油机和空压缩机配接，利用柴油机排气余热加热压缩空气代替蒸汽，将蒸汽机车改装成为空气传动内燃机车。[3]
1925年，美国新泽西州的中央铁路使用了第一辆220千瓦的小型柴油机车。后来很快出现了大型机车，可以牵引超过5000吨的货物，速度高达145千米/时。[6]
1958年9月9日，中国第一台内燃机车是"巨龙"号研制成功,自重60吨,机车牵引力为600马力，最高时速是85公里。[3]
高速列车（高铁）
20世纪50年代初，日本首先提出了高速铁路的设想，并最早开始试验工作。[3]
1964年10月1日，东京奥运会前夕，连结东京与新大阪之间的东海道新干线正式运营，列车最高速度210km/h，从此开启了高速铁路的时代。[3]
1988年4月, 第二代高速列车在法国问世。这列火车由10节车厢组成, 共有485个座位。人们为这种机车精心设置了悬浮减震装置，以及新型低噪音、低震动的空调设备, 还装备了新的信号系统和新的信息网络。机车车体造型更具流线型, 大大减小了空气阻力, 运行时最高速度达到300千米/时。[13]
磁悬浮列车
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。[3]
世界上最早进行磁悬浮列车研究的国家是德国，并创造了磁悬浮列车技术发展历史上的多个里程碑。[14]
1922年，德国人赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理，并在1934年获得世界上第一项有关磁悬浮技术的专利。[14]
20 世纪70年代以后，随着工业化国家经济实力不断增强，为提高交通运输能力以适应其经济发展和民生的需要，德国、日本、英国、加拿大、美国、前苏联和中国相继开展了磁悬浮运输系统的研发工作。[14]
日本于1977年制成样车, 1979年在宫崎县进行了超高速磁悬浮列车试验, 时速达517千米。磁选列车具有噪音小，震动轻微，对环境污染小，运行安全舒适等特点，是未来铁路运输发展的主要方向。[6]
从20世纪20年代至今的一百年里，世界范围内研究、开发了多种磁悬浮列车，根据悬浮原理的不同，可将其分为常导吸引型磁悬浮列车、低温超导斥力型磁悬浮列车、高温超导型磁悬浮列车、磁悬浮技术和真空管道技术结合的超级高铁四类。[14]
截至2021年，全世界范围内仍在商业运营的磁悬浮线路均为常导吸引型磁悬浮。常导吸引型磁悬浮分为高速型和中低速型，高速型磁悬浮的运行时速一般大于400km/h，如德国TR系列高速磁悬浮列车和具有中国自主知识产权的高速磁悬浮列车；中低速型磁悬浮的运行时速约为80-120km/h，如日本HSST系列中低速磁悬浮列车、中国CMS系列中低速磁悬浮列车和韩国MLV系列中低速磁悬浮列车。[14]
除德国、日本、韩国和中国四个国家外，英国、加拿大、美国、前苏联等国家从20世纪中期起，均开展了EMS型磁悬浮列车技术的研究。截至2021年，中国在2002年底引进的德国磁悬浮技术于上海建成的国内首条高速磁悬浮线，仍是全球唯一商业运营的高速磁悬浮列车线路，最高运行时速达430km/h。还在运营的中低速型磁悬浮列车，全球一共四条线路，分别是中国长沙磁悬浮快线（最高运行速100km/h）、中国北京S1号地铁线（最高运行速度80km/h）、日本名古屋磁悬浮线（最高运行速度100km/h）和韩国仁川国际机场线（最高运行速度110km/h）。[14]
铁路信息和知识的传入
有关火车的知识开始传入中国大约是在1840年鸦片战争前后。[15]
中国近代史上伟大的爱国主义者林则徐于1839年主持编译的《四洲志》、参加过抵抗英国侵略战争的魏源于1844年编撰的《海国图志》都介绍了当时外国火车等科学技术信息。清末地理学家徐继畲于1848年编著的《瀛环志略》进一步介绍了一些国家的火车情况，如“造火轮车，以石铺路”，“熔铁为路，以速其行”，并称赞这种运输工具“可谓精能之至矣”。特别是太平天国干王洪任轩于1859 年所著《资政新篇》中，强调近代交通运输对巩固政权和建设国家的重要性，提出了发展几代交通运输的创议，但这一理想由于太平天国的失败而未能实现。[15]
在这期间，帝国主义列强纷纷谋求在中国修建铁路，以便把他们的侵略势力从中国沿海伸向内地，并为此展开了种种活动。[15]
蒸汽机车
1878年， 河北开滦煤矿开工， 为了运输煤炭， 清政府决定修建唐胥铁路，并于1880年动工， 1881年通车， 铁路全长10千米。[6]
1881年，凭借英国人的几份设计图纸， 利用矿厂的起重机锅炉﹑长井架等设备， 装配制成中国第一台蒸汽机车──“中国火箭”号，也叫“龙号”机车，运行于唐山至胥各庄铁路。[6][16]
1882年，清政府从英国苏格兰机车厂购入“0”号机车，购价约24800大洋。是在中国政府筹资修建的第一条铁路——唐胥铁路上使用的。[17]
1952年7月，四方机车车辆工厂仿制成功中国第一台“解放”型蒸汽机车，代号JF。它的诞生，结束了中国不能制造机车的历史，揭开了中国蒸汽机车制造史上的新篇章。[16][6]
1956年，四方工厂试制成功第一台干线客运蒸汽机车“胜利”型。[16]
1957年，大连工厂对“胜利”型改造后命名为“人民”型。[16]
1964年，大同机车工厂对“和平”型改造后命名为“新和平”型，文革后改称“前进”型。“前进”型机车共计生产了4708台,是中国生产量最大的一种货运蒸汽机车。[16]
内燃机车
中国第一台自己制造的内燃机车是大连机车车辆工厂1958年仿照前苏联ТЭ3型号电传动内燃机车试制成功的“巨龙号”内传动内燃机车，后经过改进设计定型，命名为“东风型”并批量生产。[6]
1964年， 东方红1型干线客运内燃机车试运营，设计时速120公里/小时，机车按双机联挂设计，也可以单机使用。前73台的机车标称功率是1060kW，最大速度140km/h，车长16550mm，轴式B-B。后36台的机车标称功率增加到1220kW，最大速度降为120km/h。同年，大连机车车辆工厂开始成批生产东风型干线货运内燃机车机车。[6]
1960年代至1980年代，东风型柴油机车作为中国铁路内燃牵引动力的主力之一，被广泛运用于西北戈壁荒漠、东北大兴安岭等干旱缺水地区，以及线路坡度大、长隧道较多的西南地区。[16]
2001年，由大连机车车辆厂、长春轨道客车车辆厂、四方机车车辆厂和北京铁路局联合研制成功NZJ2型“神州号”内燃动车组，这是中国铁路的准高速内燃动车组车款之一，属于动力集中式，采用推拉式设计。由于车头外形和涂装的特点，神州号又被戏称为“大白猫”。采用双层客车设计，属于动力集中式双层内燃动车组，每列编组形式为2动10拖，其中双层软座车1辆、双层硬座车9辆，以头尾每端各一台柴油机车推挽式重联牵引，构造速度为180km/h，在秦沈客运专线上小编组(两动四拖）。[6]
电力机车
1956年，铁道部制定《铁路十二年科技发展规划》，中国由此开始实施铁路电气化和铁路牵引动力改革。[18]
1958年底，在前苏联的技术支援下，田心机车厂(中车株洲电力机车有限公司前身)、湘潭电机厂联合研制出中国第一台电力机车，即6Y1型干线电力机车。[18]
1969年，“韶山1型”电力机车投入使用，这是中国铁路使用的第一代国产干线客、货两用电力机车，车型代号SS1。韶山1型电力机车以毛泽东的故乡韶山命名，自韶山1型开始了以“韶山”命名的电力机车的生产历史。到1988年止，共生产826台。机车持续功率3780kW，最大速度90km/h，车长19400mm。[6][16]
2001年5月，先锋号试运行。“先锋”号交流传动电动车组是南京浦镇车辆厂负责总体研制的中国第一列交流传动动力分散电动车组，首列电动车组命名为“先锋”号。列车运营速度200km/h，最高试验速度250km/h，总定员424人。在2001年10月26日至11月16日期间在广深线进行试验，创出当时中国国内最高速度——249.6km/h。2002年9月10日在秦沈客运专线进行的测试中，又创出最高时速292.8公里的记录。[6]
2002年9月，“中华之星”动车组各节动力车及拖车于中国国家铁道试验中心北京环行铁道进行最后组合，并开始编组调试。“中华之星”电动车组（DJJ2型电力动车组）是中国自行设计，拥有自主知识产权的高速电力动车组，是采用交流传动系统、动力集中型电动车组。设计时速为每小时270公里，满座载726名旅客。[6]
2002年11月27日，“中华之星”电动车组冲刺试验在中国第一条铁路快速客运专线秦沈客运专线创造了当时“中国铁路第一速”——321.5公里/小时。[6]
2005年8月1日，“中华之星”动车组正式投入载客运营，担当来往沈阳及山海关的临时准高速列车，车次为L517/8次，其最高运营速度限制为160 km/h。[6]
2004年12月，和谐号货运HXD1(DJ4)型电力机车研制成功，这款机车是由中外公司共同研发的产品之一，在被命名为“和谐”型以前，被称为DJ4，当中DJ4共有两个款式，第一款是由株洲电力机车及德国西门子研发，编号由0001起；另一款则由大同电力机车及法国阿尔斯通研发，编号由6001起。两款机车均采用交流牵引电动机，使用交直交传动及双机重联，单机轴式为Bo-Bo，即前后各一个两轴转向架。和谐号货运电力机车现发展为每轴1200KW的和谐1、2、3型（1、2型为八轴（HXD2B，HXD2C除外），3型为六轴），以及六轴，每轴1600KW的和谐1B、2B、3B两代。设计最高时速均为120KM/h。[6]
高速列车
中国首列DMU型双层内燃动车组由唐山机车车辆厂于1998年自行开发研制成功，并与6月在南昌至九江间投入运行。设计速度120km/h，总定员540人。[19]
第二代高速列车
2001年，由大连机车车辆厂、长春轨道客车车辆厂、四方机车车辆厂和北京铁路局联合研制成功NZJ2型“神州号”内燃动车组，这是中国铁路的准高速内燃动车组车款之一，以头尾每端各一台柴油机车推挽式重联牵引，构造速度为180km/h。[6]
和谐号
2004年，中国铁道部展开为用于中国铁路第六次大提速的动车组技术引进招标，在“以市场换技术”的原则下，加拿大庞巴迪、日本川崎重工、法国阿尔斯通以及德国西门子分别签订协议，向中国北车集团和中国南车集团的厂商全面转让关键技术。中国北车集团和中国南车集团的厂商在获得关键技术后通过吸收的方式达到一定程度的国产化，使“和谐号”成为“具有中国自主知识产权”的动车组产品系列。[6]
复兴号
2017年6月25日，中国标准动车组被正式命名为 “ 复兴号 ” ，于26日在京沪高铁正式双向首发。[20] “ 复兴号 ” 动车组在京沪高铁率先实现 350km/h的运营，中国再次成为世界上高铁商业运营速度最高的国家。[21]相比于“和谐号”，“复兴号”内更安静，比“和谐号”降低了3分贝。其次更节能，“复兴号”比原来的“和谐号”综合能耗降低了17%，人均百公里的能耗3.8度，以京沪线为例，跑一个来回就可以省5000度电。[22]
磁悬浮列车
中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运营线是2001年3月1日开工建设的上海磁悬浮列车示范线。2002年3月，这条磁悬浮列车示范线下部结构工程竣工。磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨。在列车运行过程中，与轨道保持一厘米左右的距离，由于避免了直接接触，行驶速度大大提高。其正常运营速度可以达到500km/h。[23]
组成与结构
火车由牵引机车和车辆[注1]组成，车辆的基本构造由车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置和制动装置五大部分组成。[4][5]
机车
按牵引动力划分，机车主要可分为蒸汽机车、内燃机车和电力机车等。[8]
蒸汽机车由锅炉、汽机和走行三个基本部分。锅炉是燃料（一般是煤）燃烧将水加热使之蒸发为蒸汽，并贮存蒸汽的设备。它由火箱、锅胴和烟箱所组成；汽机是将蒸汽的热能转变为机械能的设备。它由汽室、汽缸、传动机构和配汽机构所组成；走行部分包括轮对、轴箱和弹簧装置等部件。[24]
内燃机车的基本构造是由柴油机、传动装置、车体走行部、辅助装置、制动设备、控制设备等部分组成的。柴油机是内燃机车的动力装置；传动装置有电传动和液力传动两种；走行部采用构架式转向架的形式；辅助装置主要包括：燃油系统、冷却系统、机油管路系统、空气滤清器、压缩空气系统、辅助电气设备等；制动设备包括一套空气制动机和手制动机。电传动机车增设电阻制动装置，液力传动机车装有液力制动装置；控制设备主要有机车速度控制器、换向控制器、自动控制阀和辅助制动阀。为了保证安全，还装有机车信号和自动停车装置。[25]
电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。[26]
车体
车体是车辆上供装载货物或乘客的部分，又是安装与连接车辆其他组成部分的基础。早期车辆的车体多以木结构为主，辅以钢板、弓形杆等来加强。近代的车体以钢结构或轻金属结构为主。[4]
货车车体的主要组成部分包括侧壁、端壁、车顶等。车体的钢结构由许多纵向梁和横向梁（柱）组成，车体底架通过心盘或旁承支承在转向架上。车体钢结构承担自重、载重、整备重量及由于轮轨冲击和簧上振动而产生的垂直动载荷；列车起动、变速、上下坡道时，在车辆之间所产生的牵引和压缩冲击力等纵向载荷；以及包括风力、离心力、货物对侧壁的压力等侧向载荷。[4]
客车车体为全金属焊接结构，由底架、侧墙、车顶和端墙等四部分焊接而成。在钢骨架外面焊有金属地板。侧墙板、车顶板和端墙板，形成一个上部带圆弧下部为矩形的封闭壳体，俗称薄壁筒形结构车体。壳体内面除用纵向杆件和横向梁、柱加强外，还采用墙板压筋方式来代替部分杆件，以增强结构的强度和刚度，形成整体承载的合埋结构。客车车体必须具有良好的隔热性能。为使旅客上下车方便，客车两端设有通过台，并在通过台的外端设置折棚和渡板，防止风雨及寒气侵入。车体内除设置门窗、座椅及卧铺外，还需装设卫生设备、通风装置、给水设备、车电设备、取暖设备、播音装置及空气调节装置等。[4]
车底架
车底架就是由各种纵向和横向钢梁组成的长方形构架。它承托着车体，是车体的基础。车底架承受上部车体及装载物的全部重量，并通过上、下心盘将重量传给走行部。在列车运行时，它还承受机车牵引力和列车运行中所引起的各种冲击力及其他外力。所以它必须具有足够的强度和刚度，才能坚固耐用。[27]
货车的车底架一般由中梁、侧梁、枕梁、横梁、端梁及地板横梁等组成。中梁位于底架的中央，是整个底架的基础和主要受力杆件。中梁端部是安装车钩缓冲装置的地方，直接承受纵向作用力。枕梁是底架和转向架连接的地方，在枕梁下部设有上旁承和上心盘，分别和转向架摇枕上的下旁承和下心盘相对。它受力较大，负担全车的重量，并通过心盘将重量传给走行部。罐车的底架结构和其他货车有所不同，由于罐体本身具有很大刚度，因此罐内液体的重量主要由罐体来承担，然后通过托架及枕梁传至转向架，故罐车底架主要承受水平的纵向牵引冲击力。罐车的中梁由两根槽钢制成，中央部分盖有上盖板，盖板上焊有罐体下鞍板；枕梁为箱形断面，上面装有罐体托架，通过蹼形板焊在枕梁上，以便支撑罐体。[27]
客车车底架的构造和货车底架相似。但是，由于客车两端必须设置通过台，所以它的小梁伸出端梁之外，和通过台端梁、侧梁组成通过台架。在通过台端梁之前，再装置缓冲梁。[27]
走行部
走行部是车辆在牵引动力作用下沿线路运行的部分。走行部的作用是保证车辆灵活、安全平顺地沿钢轨运行和通过曲线；可靠地承受作用于车辆各种力量并传给钢轨；缓和车辆和钢轨的相互冲击，减少车辆振动，保证足够的运行平稳性和良好的运行质量，具有可靠的制动机构，使车辆具有良好的制动效果。[28]
车钩缓冲装置
车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。它由车钩，缓冲器、钩尾框，从板等组成一个整体，安装于车底架构端的牵引梁内。车钩按开启方式分为上作用式及下作用式两种。通过车钩钩头上部的提升机构开启的叫上作用式（一般货车大都采用此式），借助钩头下部推顶杠杆的动作实现开启的叫下作用式（客车采用）。[29]
制动装置
列车制动就是人为地制止列车的运动，包括使它减速，不加速或停止运行。对已制动的列车或机车解除或减弱其制动作用，则称为“缓解”。为施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为列车“制动装置”。“制动”和“制动装置”俗称为“闸”。施行制动常简称为“上闸”或“下闸”，施行缓解则简称为“松闸”[30]。“列车制动装置”包括机车制动装置和车辆制动装置。不同的是，机车除了具有像车辆一样使它自己制动和缓解的设备外，还具有操纵全列车制动作用的设备。[30]
通信系统
铁路通信系统分有线系统和无线系统。有线通信主要靠传输、数据网系统承载，为供电、信号、客运服务、防灾专业提供安全的通道；无线通信则是通过通信基站和直放站，在列车高速运行的环境下实现全线无线网络覆盖。为列车调度员、车站值班员、司机、维修工、公安民警等工作人员提供安全稳定的通信渠道，也能为应急指挥提供语音和数据保障。[31]
设计参数
25型客车技术参数一览表
型号 规格25B型25G型25K型25Z型普通双层普通普通双层特等一等二等双层定员硬座128/118174118/108118148----软座-10872/88721084268/7688108/92硬卧66/44806666-----软卧36503636-----餐车4872484872-363660车体长度（m）25.5车体宽度（m）3.105车体高度（m）4.4334.7504.4334.4334.7504.4334.750构造速度（km/h）140160通过最小曲线半径（m）145首台制造年代199219971993参考资料：[32]
中国动车组参数一览表
| 项目 | 复兴号CR400AF-C | 和谐号CRH1A(200) |
|---|---|---|
| 设计速度 | 350km/h | 220km/h |
| 运营速度 | 350km/h | 210km/h |
| 试验速度 | 435km/h | 245km/h |
| 编组 | 4M4T | 5M3T |
| 全长 | 209.06m | 213.5 m |
| 宽度 | 3360mm | 3328mm |
| 高度 | 4050mm | 3328mm |
| 全列定员 | 578人 | 668人 |
| 头车车钩中心距 | 27580mm | 26950mm |
| 中间车车钩中心距 | 25650mm | 26576 mm |
| 转向架中心距 | 17800mm | 19000mm |
| 转向架轴距 | 2500mm | 2700mm |
| 新轮轮径(动/拖车) | 920/920mm | 915/835mm |
| 车钩中心高度 | 1000mm | 880 mm |
| 中间车钩高度 | 935mm | 940 mm |
| 最大轴重 | 17 t | 16 t |
| 电机型号 | YQ625 x 16 | MJA220-8x20 |
| 电机功率 | 625kw | 265kw |
| 装机功率 | 1000kw | 5300kw |
| 列控系统 | CTCS3-300S ATO | CTCS2- 200H LKJ2000 |
| 参考资料：[33][34] | ||
基础分类
火车的分类大致以牵引动力和运用来划分。按牵引动力划分，可分为蒸汽机车、内燃机车和电力机车；按运用划分，可分为客运火车、货运火车和调车火车。[8]
客车
客车是指载运旅客的车辆、为旅客提供服务的车辆以及挂运在旅客列车中的其他用途的车辆[9]。相对货运火车来说，客运火车的牵引力要小一些，速度要快些。这是因为客车的编组较少，一般为20多节，载重量也比货车小得多。[8]
中国铁路客车根据用途的不同，主要有如下几种：硬座车、软座车、硬卧车、软卧车、行李车、餐车、邮政车、试验车。此外，还有公务车、卫生车、医务车、维修车、文教车、特种车等。具体型号见下表[9]：
客车的车号编码也有一定的规律，具体范围见下表[9]：
客车车号编码
车种车号范围车种车号范围软座车10000~19999行李车3000~6999硬座车20000~46999邮政车7000~9999软卧车50000~59999餐车90000~94799硬卧车60000~89999--参考资料：[9]
21型客车
21型客车是中国自行设计第一代主型客车，1953年开始生产，1961年停止生产。车长21.9745 m，车宽3．0045m，构造速度80～100km/h，车辆自重48/45t。21型硬卧车为三层卧铺，定员54人，铺位较宽，旅客睡眠较为舒适，但中铺较低，下铺坐人直不起腰来，所以1958年就停止生产，被22型取代。[32]
22型客车
22型客车是中国铁路第二代主型客车，1959年生产1994年停止生产。车体长23．6m，车宽3.105m，构造速度120 km／h。硬座车有两个密闭式通过台，一个温水循环独立锅炉暖房，两个厕所，两个敞开式盥洗室、一个乘务员室。座位为二、三配置，定员120名，座位之间设有固定式茶桌。[32]
25型客车
25型客车是中国铁路第三代主型客车，1967年开始生产。25型准高速客车运行在广深准高速铁路线上，设计时速为160km，最验速度达183 km／h。准高速客车的车种有：一等软座车、二等软座车、二等软座行李合造车、餐车、双层软座车、双层包房软座车等。各车种车内设施齐全，装有单元式空凋机组、自动电茶炉、整体玻璃钢洗脸室和厕所、电子信息显示装置、卡拉OK音响系统、有线及无线电话系统等。[32]
长途旅行化餐车
长途旅客列车一般在卧铺车与硬座车之间编挂有餐车。餐车分为餐厅、厨房和储藏室三部分。餐厅有12个餐桌，共48个座位；厨房设备主要有电冰箱、冰柜、炉灶、烤箱、锅炉、煤箱、洗碗池、碗柜、储料箱等；储藏室分别用来存放烟酒、糖茶、米面蛋、干鲜蔬菜以及其他食品等。[35]
行李车与邮政车
在某些车型中，行李车和邮政车是合二而一的，是合造车的一种。另外，在列车编组时，它们通常各挂一头，把旅客乘坐的车厢夹在中间，担负起保护重任，还便利到站时行包和邮件的装卸作业，不和旅客乘降互相干扰。[36]
1838年，英国率先开始实行列车加挂专门邮政车厢。1900年，英国还开出了世界上第一趟邮政专列。随后，世界上有火车的国家都相继在火车列车上加挂邮政车厢。[36]
中国自己设计的首批21型邮政车始于1955年，1956年开始生产。1965年，设计制造22型邮政车，车体长23.6m，宽3.106m，自重44.2t，载重20t，装载容积扩大为92m³。车体为全钢薄壁筒体电焊结构，一端有通过台，另一端设淋浴设备和炊事炉。车两侧各开两扇全钢大拉门。车内中部设卧室和办公室，两端设两个邮件室。办公室里有信格架、保险柜和邮政信箱（投信口位于车外侧墙窗户的下方）等。[36]
货车
货物运输是铁路运输的重要组成部分，我们把铁路上用于载运货物的车辆统称为货车。铁路货车按其用途不同，可分为通用货车和专用货车。[10]中国除了重载列车外，一般的货运列车编组为60节，载重量约为3500吨。货运火车的牵引力要比客运火车大得多，但速度没有客运火车那么快。[8]截止到2002年底，中国铁路拥有货物列车459017辆，国家铁路拥有446707辆，合资铁路拥有9894辆，地方铁路拥有2416辆。在国家铁路的44万多辆中，有棚车91835辆、敞车257642辆、平车28028辆、罐车39258辆、保温车7711辆、毒品车1956辆，其他车20277辆。[10]
货车的基本型号用大写的汉语拼音字母来表示，这些字母多数是各类货车名称的第一个汉字的汉语拼音首字母，但也有个别例外。见下表[10]：
货车基本型号表
车种基本型号车种基本型号棚车P长大货物车D敞车C毒品车W平车N家畜车J罐车G水泥车U保温车B粮食车L集装箱车X特种车T矿石车K守车S参考文献：[10]
货车车号编码表
车种车号范围车种车号范围棚车3000000-3499999保温车7000000-7231999敞车4000000-4899999毒品车8000000-8009999平车5000000-5099999家畜车8010000-8039999集装箱车5200000-5249999水泥车8040000-8059999矿石车5500000-5531999粮食车8060000-8064999长大货物车5600000-5699999特种车8065000-8074999罐车6000000-6309999守车9000000-9049999参考资料：[10]
通用货车
通用货车分为敞车、篷车和平车，可装的货物类型较多，在货车总数中占比大。[10]
敞车：其特色为无盖、四边侧板，其中两边侧板有可翻开之侧门，以方便卸除货物。该车型主要用途为运煤或道碴等不畏风雨之散装物品。敞车主要供运送煤炭、矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物用，也可用来运送重量不大的机械设备。若在所装运的货物上蒙盖防水帆布或其他遮篷物后，可代替棚车承运怕雨淋的货物。因此敞车具有很大的通用性，在货车组成中数量最多。[10]
棚车：又称篷车，俗称闷罐车，用于运送怕日晒，雨淋、雪侵的货物，包括各种粮谷，日用工业品及贵重仪器设备等。一部分棚车还可以运送人员和马匹（尤其是在战争时期）。[10]
平车：平车主要用于运送钢材、木材、汽车、机械设备等体积或重量较大的货物，也可借助集装箱运送其他货物。平车还能适应国防需要，装载各种军用装备。装有活动墙板的平车也可用来装运矿石、沙土、石渣等散粒货物。[10]
专用货车
专用货车一般指只运送一种或很少几种货物的车辆。用途比较单一,同一种车辆要求装载的货物重量或外形尺寸比较统一。专用货车一般有集装箱车、长大货物车、毒品车、家畜车、水泥车、粮食车和特种车等[37]。
特种货车
救援车、检衡车、发电车、除雪车等可以满足特别用途的属于特种货车。[37]
救援车：救援车用于排除线路障碍物以及修复线路故障，一般编成的救援列车中包括起重吊车、修复线路材料车、工具车和救援人员食宿车。[37]
检衡车：就是检查轨道是否平衡的列车，检衡车设有砝码和操作机器，分为30t、40t、50t等类型。
发电车：打电车的车内设有动力机械启动的发电设备，为缺电处提供电能。[37]
除雪车：主要用于清除铁路上的积雪，该车车头设有除雪板，尾部与机车连挂，以及车为动力前进。[37]
调车火车
调车火车主要在车站完成车辆转线以及货场取送车辆等各项调车作业，它的特点是机动灵活，因此车身较短，能通过较小的曲线半径，而速度相对要求不高。[8]
蒸汽机车
1952年，四方机车车辆厂制造出了中国第一台“解放”型蒸汽机车。建设型蒸汽机车为干线货运、调车及小转用机车，是中国大连机车厂在已经初步改造的解放型蒸汽机车的基础上进行优化改造设计开发成功的。机车全长23389毫米，构造速度每小时85公里，模数牵引力250千牛，轴式1-4-1。[38]
胜利型蒸汽机车是中国四方机车厂于1956年制成的客运机车。胜利型干线客运蒸汽机车投入运用后，使长途直达旅客列车扩大了编组，客车数量由9辆增至13辆。[38]
内燃机车
内燃机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮转动的机车。因使用方便灵活、投资较少、运输效率高，取代了蒸汽机车。[38]
中国从1958年开始制造内燃机车，先后有“东风”等三种型号机车最早投入批量生产。1969年后相继批量生产了“东风4”等15种新机型。[38]
北京型机车共有4轴单节型、8轴双节重联型、北京6000系等三个品种，是中国最成功的液力传动型机车之一，用于大同经大秦线至北京东的客运任务。[38]
东风7（DF7）调机型内燃机车由北京二七车辆厂制造，主要担当调车以及小运转任务，该车为外走廊式设计，装车功率1470KW，最大速度100km/h，适用于大型枢纽编组站场调车及工矿小运转作业。[38]
东风4型内燃机车是大连机车车辆工厂1969年开始试制的大功率干线客货运内燃机车，是中国自主研发比较成熟的干线客货牵引机车。[38]
电力机车
电力机车是指从接触网或供电轨道中获取电能，再将电能转化为机械能，通过电动机驱动车辆行驶的火车。[38]
韶山1型电力机车由株洲电力机车厂制造，是中国第一代国产干线电力机车。[38][6]
悬浮列车
根据悬浮原理的不同，可将其分为常导吸引型磁悬浮列车、低温超导斥力型磁悬浮列车、高温超导型磁悬浮列车、磁悬浮技术和真空管道技术结合的超级高铁四类。[14]
第一类：常导吸引型磁悬浮列车，安装在列车上的电磁铁（常规导电线缆绕制而成）与轨道之间的吸力与列车的重力平衡，使得列车稳定悬浮于空中，悬浮高度约为8-10mm。[14]
第二类：低温超导斥力型磁悬浮列车，安装在列车上的电磁铁（超导线缆绕制而成）与布置在两侧轨道上的“8”字型线圈之间相对运行而产生斥力，使得列车稳定悬浮于空中，悬浮高度约为100mm。[14]
第三类：高温超导型磁悬浮列车，安装在列车上的高温超导磁体与布置在轨道上的永磁体相互作用，使得列车稳定悬浮于空中，悬浮高度约为20mm。[14]
第四类：超级高铁，将磁悬浮技术和真空管道技术结合，无机械摩擦阻力和降低空气摩擦阻力，大幅提高其运行速度。[14]
运行原理及特点
列车由牵引机车提供牵引力，带动整列火车前行。[24]
蒸汽机车
蒸汽机是靠蒸汽的膨胀作用来作功的。当工人把煤填入炉膛时，煤在燃烧过程中，它蕴藏的化学能就转换成热能，把机车锅炉中的水加热、汽化，形成400℃以上的过热蒸汽，再进入蒸汽机膨胀作功，推动汽机活塞往复运动，活塞通过连杆、摇杆，将往复直线运动变为轮转圆周运动，带动机车动轮旋转，从而牵引列车前进。[24]
蒸汽机车牵引功率较小、能源利用率较低、噪声和震动很大、空气污染严重。[39]
电力机车
电力机车的工作原理，接触导线上的电流，经受电弓进入机车后经过主断路器再进入主变压器，交流电从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后，向六台分两组并联的牵引电动机集中供应直流电，使牵引电动机产生转矩，将电能转变为机械能，经过齿轮的传递驱动机车动轮转动。[26]
电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。电力机车具有功率大、热效率高、速度快、过载能力强和运行可靠等主要优点，而且不污染环境，特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多，坡度大的山区铁路。[26]
电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。[26]
直-直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为l500V或3000 V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。[26]交-直流电力机车采用交流制供电，世界上大多数国家都采用工频（50Hz）交流制，或25 Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25 kV工业频率单相交流电后送到接触网上。但是在电力机车上采用的仍然是直流串励电动机（这种电动机最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修都很复杂，体积也较大），把交流电变为直流电的任务在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建没投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交-直流电力机车。[26]交-直-交流电力机车采用交流无整流子牵引电动机（即三相异步电动机），这种电动机在制造、性能、功能，体积、重量、成本、维护及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途。德国制造的E120型电力机车就是这种机车。[26]
内燃机车
内燃机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。根据机车所用内燃机的种类，可分为柴油机车和燃气轮机车。在中国，内燃机车由于使用柴油机，所以在介绍内燃机车时一般都是指柴油机车。[25]
当柴油机的燃料在汽缸内燃烧时，所产生的高压高温气体在汽缸内膨胀，推动活塞往复运动，并通过曲轴将往复运动变为旋转运动，这样燃料的热能就转化为机械功。柴油机发出的动力传输给传动装置，通过对柴油机、传动装置的控制和调节，将适应机车运行工况的输出转速和转矩再送到每个车轴齿轮箱驱动机车动轮，使机车运行，动轮产生的轮周牵引力传送到车架，由车架端部的车钩变为挽钩牵引力来拖动或推送车辆。[25]
内燃机车有较明显的优点，如机车效率较高、机车整备时间短、持续工作时间长、用水量少、适用于缺水地区。初期投资比电力机车少，机车乘务员劳动条件好，还便于多机牵引。但内燃机车机车最大的缺点是对大气和环境有污染。[25]
磁悬浮列车
磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。[3]
悬浮列车具有快速、低能耗和经济、无污染等优点，时速可达500公里以上，也被称为陆地飞行器。[40]
磁悬浮列车有两种，一种是超导的，一种是非超导的。在上海建设中的实验线就是常规的、非超导的。[41]
在研制磁悬浮列车的世界角逐中，德国是日本的最大竞争对手，而这两个国家的磁悬浮列车在设计上截然不同：日本采用电动悬浮方式，也称为超导磁力浮上方式，用超导磁体与轨道导体中所感应的电流之间的相斥使车辆浮起；德国不用超导磁体，而采用电磁悬浮方式，即为常导磁悬浮方式，用铁芯电磁铁悬浮在车体的下方，导轨为磁铁，而使车体浮起。日本在宫崎试验线上已创造时速高达517公里的纪录。[41]
社会生活
| 主要类别 | 主要用途 |
|---|---|
| 客车[9] | 运输乘客[9] |
| 长途旅行化餐车[35] | 餐厅、厨房、储藏室，更甚者有吧台，提供饮料和酒[35] |
| 行李车[36] | 运输行李[36] |
| 邮政车[36] | 运输邮件[36] |
专业领域
| 主要类型 | 主要类别 | 主要用途 |
|---|---|---|
| 通用货车[10] | 敞车[10] | 主要供运送煤炭、矿石、矿建物资、木材、钢材等大宗货物用，也可用来运送重量不大的机械设备[10] |
| 篷车[10] | 运送怕日晒、雨淋、雪侵的货物，包括各种粮谷、日用工业品及贵重仪器设备等。一部分棚车还可以运送人员和马匹（尤其是在战争时期）[10] | |
| 平车[10] | 运送钢材、木材、汽车、机械设备等体积或重量较大的货物，也可借助集装箱运送其他货物。装载各种军用装备、矿石、沙土、石渣等散粒货物[10] | |
| 专用货车[37] | 集装箱车[37] | 运送货物[37] |
| 长大货物车[37] | 运送货物[37] | |
| 毒品车[37] | 运送毒品[37] | |
| 家畜车[37] | 运送家畜[37] | |
| 水泥车[37] | 运送水泥[37] | |
| 粮食车[37] | 运送粮食[37] | |
| 特种车[37] | 用作特殊用途的车辆，如材料动力车、道砟捣固车[37] | |
| 特种火车[37] | 救援车[37] | 用于排除线路障碍物以及修复线路故障，一般包括起重吊车、修复线路材料车、工具车和救援人员食宿车[37] |
| 检衡车[37] | 检查轨道是否平衡的列车，设有砝码和操作机器，分为30t、40t、50t等类型 | |
| 发电车[37] | 打电车的车内设有动力机械启动的发电设备，为缺电处提供电能[37] | |
| 除雪车[37] | 主要用于清除铁路上的积雪，车头设有除雪板，尾部与机车连挂，以及车为动力前进[37] |
世界火车发展趋势
客运火车发展的共同趋势是高速、大密度，扩编或采用双层客车，采用动车组和电力机车牵引旅客列车是实现客运高速化的重要条件；而集中化、单元化和大宗货物运输重载化是货运火车发展的共同趋势，重载单元列车是用同型车辆，固定编组、定点定线循环运转，首先用于煤炭运输，后来扩展到其他散装货物，对提高运能，减少燃油消耗，节省运营车、会让站、乘务人员等都有显著效果，经济上受益很大。[12]
超级高铁
早在2013年，埃隆•马斯克（Elon Musk）就在一份白皮书中公布了他的超级高铁方案——Hyperloop，用于全电动和自动化城际旅行。他声称Hyperloop将成为世界上最快的陆路运输系统，继船舶、火车、汽车和飞机之后的第五种运输方式。[42]
在埃隆•马斯克理论中，超级高铁胶囊在低压管网络内高速悬浮行驶，是一种以“真空钢管运输”为理论核心的交通工具，采用磁悬浮+低真空模式，它的理论时速可达到1200公里。因其胶囊形外表，又被称为胶囊高铁。Hyperloop不仅比飞机更快，而且不受天气条件的影响；由电力驱动，零排放，因此对环境的污染也少。[42]
参考资料 42
- 一种便于维护更换的火车头雨刷器的制作方法 — X技术——国家知识产权局
- 参考 2
- 图说趣史！火车发展历史和轨道交通设计的演变 — 搜狐
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 世界机车发展史 — 江苏省交通运输厅
- 【2002年】世界首条商业运营的磁悬浮交通线开通运营 — 国务院国资委
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 客车家族概况 — 中国科普博览
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 发展铁路符合中国国情—张梅颖谈铁路的重要地位 — 中国政府网
- 世界铁路的发展趋势 — 中国铁路网
- 火车是谁发明的和发明的时间 — 财报网
- 没有轮子的“火车”——磁悬浮列车 — 电工研究所
- 中国铁路百年史话 — 中华人民共和国中央人民政府
- 中国铁路机车家族简史 — 中青在线
- 镇馆之宝“0”号机车 — 北京市人民政府
- 湖湘潮 百年颂丨韶山1型电力机车:推动中国铁路机车现代化的“火车头” — 红网
- 国产第一列动车组长啥样？别傻傻分不清楚 — 澎湃新闻
- 中国标准动车组命名“复兴号” — 中国政府网
- 京沪高铁7对复兴号今起正式提速 时速达350公里 — 观察者网
- 和谐号和复兴号，究竟有什么不一样的地方? — 央视网
- 【2002年】世界首条商业运营的磁悬浮交通线开通运营 — 国务院国有资产监督管理委员会
- 蒸汽机车的工作原理 — 铁道馆-中国科普博览
- 内燃机车简述 — 铁道馆-中国科普博览
- 电力机车简述 — 铁道馆-中国科普博览
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 铁道馆 — 中国科普博览
- 大江新闻带你探秘赣深高铁“最强大脑”——通信信号系统 — 百家号
- 客车的直系亲属 — 中国科普博览
- CR400AF-C — 慧伊创新科技(北京)有限公司
- CRH1A(200) — 慧伊创新科技(北京)有限公司
- 长途旅行话餐车 — 中国科普博览
- 行李车与邮政车 — 中国科普博览
- 专用货车 — 中国科普博览
- 这么多种火车你见过吗? — 澎湃新闻
- 为什么火车没有"火"？原因你肯定想不到 — 百家号
- 关注陆地飞行器——上海磁浮列车试运行（2003年2月8日） — 央视网
- 国家工程技术图书馆 — 中国科学技术信息研究所
- “胶囊”列车能否驶进现实 — 新华网