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燃煤动力运载技术变革
浏览: 发布日期:2020-01-07

    在蒸汽机出现之前的手工业时代,水力和风力是省力机器的主要动力源。工业革命中

从手工工具到机器工具的第一个转折是怀亚特纺辊纺纱机(1738年)。把水力和机器结合

起来,开始从手工工场到机器工厂的第二个转折是阿克莱特水力纺纱机(1769年)。但

是,从工具到机器,从手工工场到机器工厂,从天然动力到机器动力,从手工操作到机械

化的过渡中最重要的转折、质变和飞跃是蒸汽机。

    蒸汽机在煤矿成功应用之后,启发了许多工程师,他们开始尝试为机车、轮船、汽车

装上蒸汽机,以燃煤动力驱动取代人力、畜力驱动,产生了人类交通运输的技术革命。

    1801年,英国煤矿工程师特里维克研制成功第一辆能在轨道上行驶的蒸汽机车,这是

一辆单缸蒸汽机车。1812年,英国人莫莱将机车传动轮改成一个大齿轮,铁轨也改成齿

轨,但未能成功。后来,英国人海德利改进蒸汽机车使时速达到8 km,并可拖挂8节货车

厢。英国人斯蒂芬逊是被公认的蒸汽机车发明人。他出生在纽卡斯尔乡村一个煤矿工人家

庭,l4岁随父亲到煤矿井下干活,17岁操作蒸汽式矿井抽水机,后又担当蒸汽升降机司

机。这期间,他研制出防止瓦斯爆炸的安全矿灯,被称为“乔治灯”。当时的英国煤矿都

用马拉货车在木质轨道上运送煤炭,运输能力极为有限。为此,斯蒂芬逊决定改进研制新

的蒸汽机车,1814年7月制造出一辆两气缸、8英尺锅炉、凸缘车轮的蒸汽机车,能以4

英里时速牵引8辆货车、拖重30 t。他还创造性地将原来的生铁铁轨改为铸造钢轨,并在

钢轨下铺设枕木,解决了铁轨因震动而易发断裂的问题,使火车提速和加大运量成为可

能。1829年1月8日,斯蒂芬逊驾驶他制造的“火箭号”蒸汽机车在利物浦到曼彻斯特

铁路线上竞赛,满载12t货物,以时速10英里行驶完全程,从此奠定了铁路交通技术的

革命性基础。

    蒸汽机为船舶动力变革带来了新曙光。用蒸汽动力推动船舶航行的设想最早由法国发

明家帕平于1690年首先提出,但他的想法未得到重视。1783年,法国人泰巴设计制造一

艘蒸汽机带动的长45 m、宽4. 5 m的木壳明轮船“比罗斯卡夫号”,由两个直径Sm的明

轮推进,在里昂附近的萨万河上首航。1787年,美国人菲奇造出不用明轮的蒸汽机船

“巴希维拉斯号”,他在船的两舷各装6根长桨,用连杆把长桨与蒸汽机活塞相连,活塞

的往复运动带动长桨划水,船速可达8节。1788年,英国人希明顿造出一艘长7. 6 m的双体

蒸汽机明轮船,时速可达9. 3 km,他首创了曲轴传动方式,改变以往的蒸汽机动力链条传

动,成为当今船舶动力的普遍传动方式。1790年,美国人费希设计制造的蒸汽船在威德拉

河!:开创一f客货运输服务航线,然而该船动力系统笨重且庞大,载人运货均无经济效益,

未能得到推广应用。1807年8月17日,美国人富尔顿设计制造一艘长 45 m、宽9 m、排

水量100 t的平底明轮船“克莱蒙特城号”,在纽约哈得逊河上逆水连续行驶32 h,时速达

到9 kmo 1841年,根据富尔顿的设计建造了长50 m、排水量2475 t、侧舷装有20门火炮

的军舰,成为世界第一艘蒸汽机动力军舰。

    蒸汽机诞生不久很快就被用于汽车驱动。当瓦特发明的蒸汽机传到法国之后,1769

年,法国人N. J.古诺制造出世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车。1804年,托威迪克设计

并制造出一辆蒸汽汽车,载着10 t重的货物行驶了15.7 kmo 1831年,美国人哥德史沃

奇·勒将一辆蒸汽汽车投人运营,在15 km线路上往返运输,单行程耗时约45 min。但蒸

汽汽车又笨又重,乘坐时又热又脏。1800年,艾提力·雷诺制造了一种与燃料置于外部燃

烧的蒸汽机(即外燃机)所不同的发动机,燃料在发动机内部燃烧,被称为内燃机。

1876年,康特·尼古扎·奥托发明了具有进气、压缩、作功、排气四个冲程的发动机,

人们把这种循环称为奥托循环。1879年,德国工程师卡尔·本茨首次试验成功一台二

冲程发动机。1883年10月,本茨创立了奔驰公司和莱茵煤气发动机厂,1885年在曼海

姆制成了第一辆奔驰专利的两冲程单缸0. 6 kW的汽油车,此车具备了现代汽车的基本

特征

    在蒸汽机的推动下,纺织业、机械制造业、采矿冶金业、交通运输业都快速发展起

来。从此,地球表层在远古的地质年代成藏的煤矿和铁矿被大规模开采出来,在现代发挥

出巨大的作用,成为人类物质生活的新基础。用蒸汽动力机器开采煤炭、矿石,燃烧煤炭

推动蒸汽机、冶炼钢铁和其他有色金属,再用蒸汽动力机器把金属制成各种机器,然后把

机器应用到各个工业行业,由此推动人类文明快速进步。

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