剃齒機
[拼音]：zhengqijiche
[英文]：steam locomotive
以蒸汽機產生動力，並通過搖桿和連桿裝置驅動車輪的機車。蒸汽機車攜帶一定數量的煤和水，能獨立行駛在軌道上。
基本造構及其工作過程
蒸汽機車由鍋爐、汽機、車架和走行部以及煤水車等組成。
鍋爐
燃燒燃料和產生蒸汽的部件，包括火箱、鍋胴和煙箱三部分。火箱由內火箱和外火箱兩部分組成，內火箱底部是爐床，爐床下部有存放爐灰的灰箱。在鍋胴內排列著不同數目的大煙管和小煙管，大煙管內套有使蒸汽乾燥和加熱的過熱管。在內外火箱之間和鍋胴內貯有鍋爐用水，鍋水覆沒內火箱頂板和大小煙管，在鍋水蒸發面上形成蒸汽空間。煙箱位於鍋胴前部，內有煙筒、乏氣噴口、反射板和火星網等通風裝置。
燃料投入爐床，在火箱內與從灰箱風門進入的空氣混合燃燒產生熱能，熱能通過內火箱板和大小煙管，傳遞給周圍的鍋水和過熱管中的蒸汽，煙氣進入煙箱，通過煙筒排出。高壓高溫蒸汽由鍋爐最高處的蒸汽包經調整閥、乾燥管、過熱管和主蒸汽管等蒸汽通路進入汽機。
汽機
將蒸汽的熱能轉變為機械能的部件。汽機連同機械部分包括汽室、汽缸、活塞（又稱韝鞴）、十字頭、搖桿、連桿、閥動裝置等部件。閥動裝置是支配汽閥與活塞協調動作的配汽機構，用於調節進入汽缸的蒸汽量和實現機車的前進或後退。鍋爐發生的高壓高溫過熱蒸汽進入汽室後，通過閥動裝置的配汽作用，進入汽缸，在汽缸內膨脹作功，推動活塞時，機械能經活塞桿、十字頭、搖桿等機械部件傳遞給主動輪，再經連桿傳遞給其他動輪，通過輪軌接觸，牽引列車。
車架和走行部
機車上鍋爐、汽機等裝置的安裝基礎。車架和走行部由車架、彈簧懸掛裝置、動輪、導輪、從輪、軸箱、導輪轉向架、從輪轉向架和牽引裝置等構成。鍋爐、汽機等部件固裝於車架上，經彈簧懸掛裝置將重量由軸箱傳至車輪，由鋼軌支援。動輪把機械部傳來的機械能轉變為機車在軌道上的走行功。
煤水車
裝載煤、水、油脂和存放工具等的車輛，掛在機車司機室後面。煤水車由煤槽和水櫃兩部分組成。大功率機車，由於單位時間的燃煤量大，在煤水車上裝有推煤機和輸煤機，將煤均勻地噴投到爐床各處。
熱效率
蒸汽機車熱效率很低，鍋爐內燃料燃燒的熱量只有一部分轉變為蒸汽的熱能，鍋爐的效率一般為50％～80％。蒸汽在汽機內作功，汽機效率只有10％～15％。此外，在汽機到輪周的力的傳遞中，機械效率為80％～95％。因此蒸汽機車的最高熱效率只有8％～9％，而且在車站停車，在機務段整備、停留等仍需消耗燃料，所以實際熱效率只有5％～7％。
分類
蒸汽機車可按多種方法分類。
按用途分類
蒸汽機車按用途可分為以下幾類：
（1）客運機車。動輪直徑較大，一般為1700～2000毫米，最大的為2133毫米（84英寸）。客運機車通常在前面裝有2軸小直徑車輪的導輪轉向架，以便平穩地通過曲線線路。動輪後面裝有1～2軸小直徑車輪的從輪轉向架，軸列式為2-2-1，2-2-2，2-3-1，2-3-2式等。
（2）貨運機車。粘著重量和動輪軸重都較大因而牽引力也較大。動輪軸重一般為20噸左右，北美國家最高達35噸。中國貨運蒸汽機車的軸重為20～22噸，動輪直徑一般為1350～1750毫米。貨運機車一般都有單軸引導轉向架，視鍋爐的大小安裝1軸或2軸的後從輪轉向架，軸列式多為1-3-1，1-4-0，1-4-1，1-4-2，1-5-0，1-5-1，和1-5-2式。坡道較大需用動軸數更多的重型機車，軸列式為1-3+3-1，2-3+3-2，1-4+4-1，1-4+4-2和2-4+4-2式的關節機車。
（3）客貨通用機車。用於牽引重的旅客列車或較輕的快速貨物列車。這種機車動輪直徑同客運機車相近，動輪軸重接近貨運機車，裝用2軸引導轉向架，軸列式為2-4-0，2-4-1和2-4-2式。
（4）調車機車。能以低速度牽引較多的車輛，在短途內運轉。這種機車速度低，動輪直徑小，動輪排列緊湊，固定軸距短，容易通過道岔和半徑較小的曲線線路，不需導輪和從輪，機車的全部重量都作為粘著重量。軸列式為0-2-0，0-3-0，0-4-0，0-5-0式等。
（5）工礦機車。功率一般比鐵路幹線用的機車小，速度也不高，但需有足夠的牽引力，動輪直徑和軸列式同調車機車的相同。
按工質利用分類
蒸汽機車按工質利用可分為：
（1）單脹式機車，蒸汽在汽缸中膨脹工作一次即排入大氣，機車構造簡單，採用較廣。
（2）復脹式機車，蒸汽在一個或一對汽缸（高壓汽缸）中膨脹工作後進入另一個或另一對汽缸（低壓汽缸）再膨脹工作一次才排入大氣。這種機車熱效率雖高一些，但構造較複雜，採用較少。
（3）凝汽式機車，乏氣進入裝於煤水車後部的冷凝器凝結成水，再泵入鍋爐重複使用，損失的水由煤水車的水補充。機車構造很複雜，多在缺水地區使用。
（4）飽和蒸汽機車和過熱蒸汽機車，自從創造出機車用的過熱器提高了蒸汽溫度以後，汽機效率提高很多，飽和蒸汽機車即被改造成過熱蒸汽機車。
按汽缸位置分類
蒸汽機車按汽缸安裝位置可分為：
（1）外汽缸機車，機車汽缸固定於車架兩邊外側，因檢修方便，採用較廣。
（2）內汽缸機車，機車汽缸固定於車架內側，有一根動輪軸製成曲拐軸，因檢修不便，採用較少。
（3）三汽缸機車，兩個汽缸固定於車架兩邊外側，第三個汽缸固定於車架中間。
按車架形式分類
蒸汽機車因車架形式不同可分為：
（1）板樑式車架機車，車架是板樑型結構，車架較輕，歐洲國家採用較多。
（2）杆樑式車架機車，車架是桿狀結構，用厚鋼板切割成型或用鑄鋼鑄造，採用普遍。
按車架和動力單元的組成分類
蒸汽機車就其車架和動力單元的組成來說，可分為：
（1）常規機車，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）並支承鍋爐。
（2）關節機車，除有一個固定車架組成的動力單元並支承鍋爐後半部外，還有一個可轉動的車架和後面的固定車架連線組成另一動力單元，並可滑動地支承鍋爐前半部，起轉向架作用。
按水櫃位置分類
蒸汽機車按水櫃安裝位置可分為：
（1）煤水車機車，它的後部連掛一專門供機車長途行駛所需煤和水的煤水車，應用廣泛。
（2）水櫃機車，在機車鍋爐兩側各有一長方體水櫃或為一鞍形水櫃跨裝於鍋爐上，煤則存放於司機室後部的煤槽中。另一種水櫃機車是將水儲存在煤槽下部的水櫃中。水櫃機車儲存煤水量較少。只用於調車、短途運輸和工礦運輸。
按使用燃料分類
蒸汽機車按使用燃料可分為：
（1）燃煤蒸汽機車，火箱內燃用煙煤，是普遍採用的一種機車。
（2）燃油蒸汽機車，火箱內燃用霧化鍋爐油，用於無煤的產油區或有特殊要求的地方。
按原動機分類
蒸汽機車按所裝用的原動機可分為：
（1）以往復式蒸汽機為動力的蒸汽機車，構造簡單，應用廣泛，通常所說的蒸汽機車就是指這種機車。
（2）以蒸汽渦輪機為動力的蒸汽機車，稱為蒸汽渦輪機車。渦輪機轉速高，須配用減速齒輪箱，因而有電力傳動的和機械傳動的兩種。排汽又有冷凝的和非冷凝的兩種。蒸汽渦輪機車因構造複雜，造價昂貴，維修費用高，熱效率比蒸汽機車高得不多，未能推廣使用。
發展概況
蒸汽機車問世至今已有 180年的歷史。它的發展有兩個方面:一方面是牽引力和功率的發展，表現為動輪軸數和輔助軸數的增加，鍋爐和汽缸的加大;另一方面是熱效率和機械效率的發展，表現為爐床面積和鍋爐受熱面積的增大，蒸汽壓力和溫度的提高，廢熱的利用，蒸汽機的改進，滾動軸承的採用等等。
形成時期(1804～1830年)
瓦特發明蒸汽機後，1804年英國人R.特里維西克創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／釐米2），鍋爐內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，藉助於它的旋轉慣性動力，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節車，可乘70名旅客。這一實踐證實兩個重要現象：光滑的鐵的機車驅動輪可在光滑的鐵軌上執行而不會空轉；機車可以拖動比機車本身重得多的東西。後人繼起研究，得知輪軌間粘著力、粘著重量、粘著係數、粘著牽引力等的相互關係。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，至今仍在繼續探討。
1814年7月英國發明家G.斯蒂芬森造出他的第一輛機車，被譽為首次成功的機車。後來主要由G.斯蒂芬森之子R.斯蒂芬森設計建造的“火箭”號蒸汽機車（見彩圖）
於1829年10月參加蒸汽機車比賽，以執行可靠、速度最快得獎。比賽時最高時速為47公里。“火箭”號機車採用臥式多煙管鍋爐，傳熱面積大，生成蒸汽快，鍋胴與火箱拼接在一起，鍋爐蒸汽壓力為0.345兆帕（3.5千克力/釐米2）；有兩個與水平線成35°角斜裝於鍋爐兩後側的汽缸；有一對裝於機車前部的動輪，動輪車軸左右各裝一曲拐，互成直角，使機車動輪曲拐停在任何位置均能起動，軸列式為 0-1-1。乏汽從煙筒噴出，以誘導通風，促進燃燒。“火箭”號重4噸，能牽引裝載重量三倍於機車自重的車廂。這是第一輛初具現代蒸汽機車基本構造特徵的蒸汽機車。1830年R.斯蒂芬森又造出“行星”號機車，將臥式鍋爐的內外火箱和煙箱製成一整體，這種形式的鍋爐後稱為機車式鍋爐。“行星”號機車的兩個汽缸裝於鍋爐前端的煙箱下部車架內側水平位置，稱為內汽缸式機車，只有一對動輪，裝在後部，軸列式為1-1-0。執行時上下顛抖減輕。蒸汽機車的基本構造形式除廣泛採用外汽缸式（汽缸裝於車架前端兩外側）外，迄今無多大變化。
發展時期(1831～1920年)
1830年以後，美國以及其他一些國家先後開始製造蒸汽機車。這個時期機車動輪由二對或三對發展至四、五、六對。最早使用二軸引導轉向架是美國於1832年製造的 2-1-0式“喬納森兄弟”號機車，大型機車還在動輪後面裝有較小的從輪。藉助於從輪，機車可裝載一個較寬大、較重的火箱。
1884年瑞士人A.馬利特發明關節式機車，牽引力大，並能順利通過曲線。1888年建成第一臺。最大的關節式機車是2-4+4-2式“大人物”號(圖2)，
整備重量為543噸，鍋爐壓力為2.068兆帕（21.1千克力/釐米2），在時速120公里條件下，發揮出功率6000馬力以上。
1875～1900年廣泛地應用蒸汽兩次膨脹原理，創造了復脹式機車，提高了機車熱效率。1900～1920年由於採用蒸汽過熱和給水加熱等裝置，機車的熱效率、牽引力和功率又有提高。
探求新設計時期（1920年以後）
這一時期，蒸汽機車的效能進一步得到改善。20～30年代，機車的鍋爐壓力由 1.373兆帕（14千克力／釐米2）提高到2.000～2.069兆帕（20.4～21.1千克力/釐米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/釐米2)以上。高壓機車採用水管式鍋爐，雖然熱效率較高，但構造複雜，重量大，造價高，維護困難，維修費高，而且極易發生故障，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、加拿大最高，為2.068兆帕（21.1千克力/釐米2）。40～50年代，有些國家進一步提高了過熱蒸汽溫度，如蘇聯JIB和2-4-2型機車最高溫度達430～440℃。奧地利人G.吉士林根創造的高效率矩形通風裝置（扇煙筒），已為20多個國家和地區所採用。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裝置。為了提高機車熱效率，目前仍在繼續研製凝汽式蒸汽機車。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。
第二次世界大戰以後，蒸汽機車由於熱效率低，已大部分被熱效率高的柴油機車和電力機車所代替。蒸汽機車在美國、西歐國家、日本和蘇聯等國已於1960～1977年期間相繼停止使用。在印度和一些不發達國家，蒸汽機車仍佔鐵路機車一半以上。在中國，蒸汽機車還是鐵路的主要的牽引動力。
中國的蒸汽機車
中國第一臺蒸汽機車──“龍”號，是1881年利用煤礦起重機的鍋爐和一些舊鋼材裝配製成的。20世紀上半葉使用過效能較好的機車有1-4+4-1式機車（圖3）和2-4-2式客貨通用機車(圖4)。中國於1952年製成第一臺蒸汽機車，以後逐步發展出解放型和建設型（1-4-1式），勝利型和人民型(2-3-1式)，FD型和前進型（1-5-1式）等六種主型蒸汽機車。
解放型和建設型機車
解放型機車是中等功率的貨運機車，目前多為調車和小運轉用。建設型機車是1957年在解放型機車的基礎上設計而成的，與解放型機車相比，鍋爐用全焊結構，蒸汽壓力提高至15千克力/釐米2，並加裝了加煤機、給水加熱器、自動調整楔鐵等裝置，目前是幹線貨運主要蒸汽機車之一。
勝利型和人民型機車
勝利型機車1956年試製成功，其結構特點是增加過熱和蒸發傳熱面積的比值，採用特洛菲莫夫分動式汽閥，煤水車底架、水櫃、煤槽均採用電焊焊接結構等。勝利型機車是主要客運蒸汽機車之一，目前在幹線上已逐步被柴油機車所取代。人民型機車是在勝利型機車的基礎上改進設計，於1958年製成。鍋爐採用全焊結構，蒸汽壓力提高至15千克力／釐米2，構造速度為每小時110公里，並增加了加煤機、給水加熱器和自動調整楔鐵等裝置。人民型機車是鐵路幹線和支線上的主要客運蒸汽機車之一。（見彩圖）
FD型機車
中國在蘇聯30～40年代製造的機車的基礎上改制而成的大功率貨運機車，大多已經報廢。
前進型機車
中國自行設計製造的大功率幹線主型貨運蒸汽機車。1956年試製成功，當時稱和平型機車，現稱老前進型機車。機車軸式1-5-1，當計算供汽率為70千克/米2·小時時，機車輪周功率為2960馬力，但鍋爐蒸發量不能滿足執行的需要，僅生產了40多臺。1964年對鍋爐進行重新設計，採取了加裝燃燒室，改變煙管排列，改進煙箱通風裝置等技術措施，使鍋爐的供汽能力顯著提高，滿足了鐵路運輸生產的需要。前進型機車採用全焊結構鍋爐，蒸汽壓力為15千克力/釐米2，有1200毫米長的燃燒室，爐床面積為6.8米2，火箱傳熱面積32.5米2，火箱容積13.56米3，有直徑133／125毫米的大煙管69根，直徑51/46毫米的小煙管80根，鍋爐蒸發傳熱面積為255.3米2。
前進型機車採用單脹式雙汽缸，汽缸直徑 650毫米，活塞行程800毫米，汽閥直徑300毫米。有五對動輪，直徑1500毫米，機車粘著重量100.5噸，有4軸和6軸兩種煤水車。它能利用6％～10％的汽缸排出的乏氣量，將給水加熱到70～100℃，可以節水 7％～9％，節熱6％～8％。它裝有粘著重量增加器，使粘著重量增大8噸。前進型機車最高熱效率可達8.42％，通常為5.5％～8.0％。這種機車的缺點是：過熱蒸汽溫度較低，煙渣飛揚損失較大，通風效率和機械效率低，粘著牽引力不能適應汽缸牽引力的要求等。
參考書目
孫竹生編：《蒸汽機車工程》，龍門聯合書局，上海， 1953。
前進型蒸汽機車編寫組編：《前進型蒸汽機車》，中國鐵道出版社，北京，1984。