机车是铁路运输的牵引动力。
铁路采用的机车类型很多。从运用上分为客运机车、货运机车和调车机车；从牵引动力分为蒸汽机车、内燃机车和电力机车。

第一节 内燃机车

内燃机车的优点：热效率高；动力装置体积小，功率大；用水少；利用率高；速度高；劳动条件好。
内燃机车是以内燃机作为原动力的一种机车。
内燃机车按传动方式的不同可分为电力传动内燃机车和液力传动内燃机车两种类型。
一、内燃机车传动装置的必要性
铁路上采用的内燃机绝大多数是柴油机，是将柴油燃烧产生的热能转变为由柴油机曲轴输出机械能的动力机械。
四冲程柴油机：柴油机完成一个工作循环（进气、压缩、燃烧膨胀、排气），活塞经历四个冲程，曲轴旋转 720 度。
二、电力传动内燃机车
电力传动内燃机车的能量传输过程是由柴油机驱动主发电机发电，然后向牵引电动机供电使其旋转，并通过牵引齿轮传动驱动机车轮对旋转。

电力传动工作原理

1 －柴油机； 2 －牵引发电机； 3 －电路； 4 －牵引电动机； 5 －主动齿轮； 6 －从动齿轮； 7 －动轮。

在电力传动内燃机车上，一般都采用直流串励电动机。
内燃机车主要由柴油机、传动装置、走行部、车体、车底架、车钩缓冲装置、制动装置和辅助装置等部分组成。
三、液力传动内燃机车
在柴油机和机车动轮之间，装有一套液力传动装置，利用工作油改变柴油机的外特性，以适合列车运行的要求。
液力变扭器的作用原理： 当机车起动或低速运行时，液力变扭器中的涡轮转速很低，工作油对涡轮叶片的压力就很大，从而满足了机车牵引力大的要求；当涡轮的转速随着机车运行速度的提高而加快时，工作油对涡轮叶片的压力也逐渐减小，正好满足高速行车时对牵引力要小的条件。由此可见，柴油机发出的、大小基本不变的扭矩，经过变却器后就能变成满足列车牵引要求的机车牵引力，而且它的大小能按机车理想牵引性能曲线变化。
当机车需要惰力运行或进行制动时，司机只要操纵手柄，将变扭器中的工作油排出，让它流回油箱，使泵轮和涡轮之间失去联系，柴油机的功率就不能传给机车的动轮了。
四、机车牵引性能的基本概念
机车牵引列车运行是由于它具有相当大的牵引力，用来克服列车起动时和运行中所受的阻力。机车牵引力（ F ）和运行速度（ V）的乘积，就是机车的功率（ N ），即 F · V ＝ N ，常用“千瓦”做单位。任何一种机车，它的最大功率是一定的，叫做标称功率，例如，东风4B 型内燃机车的标称功率为 1985 千瓦。
机车在牵引列车时，所受到的阻力是经常变化的。当阻力增大时，机车就要发挥出更大的牵引力来克服它；反之，当阻力减小时，牵引力就可以小一点。为了充分利用机车的功率，要求机车在各种不同运行阻力的情况下，都能具有恒功率输出性能。这就要使 F · V＝常数。可见牵引力和速度之间应当成反比关系：当速度小时，牵引力大；速度大时，牵引力小。
把对 F 和 V的这种要求表示在坐标上，应该是一条双曲线，如下图所示。这条曲线叫做机车理想牵引性能曲线，无论任何一种机车的牵引性能，都应与它相符合。当然，曲线的两端不能无限延长。左端，牵引力不能超过轮轨之间的粘着力，否则车轮会空转；右端，速度也不能超过机车构造所能允许的范围。

机车理想牵引性能曲线

直流串励电动机转速与转矩关系示意图

电力传动内燃机车是由牵引电动机通过齿轮驱动的，所以机车牵引力和速度取决于牵引电动机的转矩和转速，从而也就决定了机车的牵引特性。
串励牵引电动机的速率与转矩关系如上右图所示。它所具有的工作特性最适合于机车牵引的要求。即机车上坡或负载增加时，牵引电动机转矩较大，而转速较低，反之，则转矩减小，转速上升。

第二节 电力机车

电力机车的牵引动力是电能，但机车本身没有原动力，而是依靠外部供电系统供应电力，并通过机车上的牵引电动机驱动列车前进。
电力机车优点：功率大，牵引重量大；起动速度快；爬坡性能强；易实现多机牵引。
采用电力机车牵引的铁道称为电气化铁道。电气化铁道由牵引供电系统和电力机车两部分组成。
一、电气化铁谊的供电系统
将电能从电力系统传送到电力机车的电力设备总称为电气化铁道的供电系统，牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两部分，如下图所示。
电厂发出的电流经升压变压器提高电压后，由高压输电线送到铁路沿线的牵引变电所。在牵引变电所里把电流变换成所要求的电流或电压后，再转送到邻近区间和站场线路的接触网上供电力机车使用。
电力牵引供电系统由国家电力系统或发电厂用专门的高压输电线路供电，并把三相高压电能变为适合电力机车牵引需要的单相电，用馈电线馈送给接触网，通过电力机车的受电弓与接触网的接触导线滑动接触，将单相电引入电力机车主变压器的高压绕组。牵引供电回路是由牵引变电所－馈电线－接触网－电力机车－钢轨回路－回流线－接地网等组成的闭合回路。
电气化铁道按触网供给机车的电流不同，分为直流制和交流制两种。电流制不同，所用的电力机车也不一样。现在世界上大多数国家都采用工频（ 50 赫）交流制。
（一）牵引变电所和接触网
1 、牵引变电所
牵引变电所的任务是将电力系统高压输电线输送来的 110 千伏（或 220 千伏）的三相交流电，改变成不低于 25 千伏的单项交流电后，向它的邻近区间和所在站场线路的接触网送电，保证可靠而又不间断地向接触网供电。
牵引变电所是沿电气化铁道线路布置的，每一个牵引变电所都有一定的供电范围。由于接触网导线存在电阻，所以供电距离不可过长，否则会使末端电压过低，影响供电质量；供电距离又不宜过短，不然牵引变电所数目太多又不经济。一般每隔 40 ～ 60km 设置一个。
电力机车的受电是在运行时通过受电弓与接触网的接触导线滑动接触进行的，存在接触电阻，因而会产生电压降。为使电压不至于低于电力机车允许的最低工作电压，牵引变电所实际供给接触网的电压一般为 27.5 ～ 29kV 。
2 、接触网
接触网是架设在电气化铁道上空，向电力机车供电的一种特殊形式的输电线路。目前，接触网按其悬挂方式分为简单悬挂和链形悬挂两种。
（ 1 ）简单悬挂接触网
接触导线直接固定在支持装置上的接触悬接形式。下左图为（带补偿）简单悬挂接触网，接触导线通过吊索悬挂于支柱的支持设备上。
                                                  
                                                      

1 －接触导线； 2 －吊索； 3 －腕臂； 4 －棒式绝缘子； 1 －接触导线； 2 －吊弦； 3 －承力索； 4 －弹性吊弦； 5 －腕臂；

5 －悬式绝缘子； 6 －悬吊滑轮； 7 －定位器； 8 －坠铊。 6 －拉杆； 7 －绝缘子； 8 －定位管； 9 －定位器； 10 －支柱。

（ 2 ）链形悬挂接触网
理想的接触网应是接触导线无弧度，受电弓对接触导线的压力在沿线接触导线滑行取流中保持一定。
链形悬挂在不增加支柱的情况下，增加了接触导线的悬挂点，只要调节吊弦的长度就可以使接触导线在整个跨距内对轨面的距离尽运保持一致，从而减少了接触导线在跨中的弛度，改善了接触悬挂的弹性，增加了悬挂的稳定性。
链形悬挂接触网由支柱和基础、支持装置和接触悬挂三部分组成，如上右图所示。
定位件用来保证接触导线与受电弓的相对位置，并将接触导线的水平负荷传给支柱，包括定位管和定位器。依靠定位件可使接触导线既保持纵向水平又保持横向里“ Z ”字型，延长受电弓的使用寿命。

                                                      

三跨锚段关节结构

1 －接触导线； 2 －承力索； 3 －绝缘子；⒋－补偿滑轮； 1 －非工作接触导线； 2 －工作接触导线；
5 －杵环杆； 6 －补偿绳； 7 －坠铊； 8 －断线制动装置。 3 －转换柱； 4 －锚柱； 5 －电连接； 6 －定位装置。
（二） AT 供电方式
二、电力机车
（一）电力机车的基本组成
电力机车是靠顶部升起的受电弓从接触网上取得电能后并转换成机械能牵引列车运行的。我国目前使用的干线电力机车主要是国产韶山型系列交－直流电力机车。投入运用的电力机车有 SS 1 型、 SS 3 型、 SS 4 型等。
电力机车由车体、车底架、走行部、车钩缓冲装置、制动装置和一整套电气设备等组成。机车的走行部为两台三轴转向架。
（二）电力机车的电气设备及其电路
1 、主电路
（ 1 ） 受电弓 ：受电弓是从接触网导线上采取电流的一种专用电器。依靠压缩空气并通过受电弓风缸的作用，可以使受电弓升起或降落。机车顶部装有两套单臂受电弓，受电弓紧压接触网导线滑行摩擦从电网上取得电流。机车运行时机车只需升起一套受电弓，另一受电弓作为备用。接触网上送来的 25 千伏工频单项交流电就由此引入机车。
（ 2 ）主断路器
（ 3 ）主变压器
（ 4 ）调压开关
（ 5 ）电抗器
2 、辅助电路
3 、控制电路
（三）电力机车制动
当电力机车需要制动时，除使用空气制动装置外，可以辅以电阻制动。
如果将电能重新反馈回电网中去加以利用，就称之为“再生制动”（或“反馈制动”）。
（四）机车的发展

第三节 机车的检修和运用

一、机车检修
铁道部机务局是全路机务工作的主管部门，各铁路局和铁路分局分别设有机务处和机务分处、机务段是机务部门的基层单位。
机务段是设在铁路沿线负责机车检修和运用工作的基层生产单位，一般设在编组站或区段站上。在机车交路的折返点，还应设有机务折返段。
机务段和机务折返段设置的基本原则是满足牵引列车的最大需要，并能充分发挥各项设备的能力和机车运用效率；段间距离的长短，应考虑乘务员的连续工作时间，并结合编组站、区段站的位置尽可能长距离的设置。
（一）机务段的工作和设备
机务段的任务 ：机车运用方面，负责计划和组织本段机车和乘务组完成邻接区段的列车牵引和车站调车任务，并对日常运用机车进行整备和日常保养；机车检修方面；进行段修范围内的机车定期检修和日常维修工作，保证运用机车的良好状态。
机务段设有管理部门和生产车间。生产车间包括运用车间、检修车间、整备车间和设备车间。
（二）机车的检修
二、机车运用
（一）机车交路
机车运用上的一个特点是，机车只要离开机务段，就要受车站有关人员的调度和指挥。所以机务部门和行车部门的关系特别密切，必须协调配合才能安全、优质地完成运输任务。
机车固定担当运输任务的周转区段，叫做 机车交路 （也叫牵引区段）。
机车交路按用途分为客运机车交路和货运机车交路；按区段长短分为一般机车交路和长交路；按机车运转制分为 肩回运转制、循环运转制、 半循环运转制、环形小运转制交路。机车运用方式如下图所示：

肩回运转制

循环运转制

半循环式

环形

1 、肩回运转制
机车由机务段出发，从机务段所在站牵引列车到折返段所在站，进入折返段进行整备及检查，然后牵引列车返回机务段所在站，再进入机务段进行整备及检查。这种每往返一次，就要进入机务段一次的运用方式叫 肩回运转制 。采用这种运转制时，机车一般在 1 ～ 2 个牵引区段上往返运行。
2 、循环运转制
机车从机务段出发，在一个牵引区段（如乙一甲间）往返牵引列车后回到机务段所在站（乙站）、机车不入段，只在到发线上进行整备作业，然后仍继续牵引同一车列或换挂另一个已经准备好了的车列，运行到另一个牵引区段（乙一丙间）的折返段所在站（丙站），再从丙站牵引列车返回甲站。这样，机车在两个区段上牵引列车循环运转，平时不进机务段，直到定期检修到期时才入段检修，这种运用方式叫做 循环运转制 。
我国铁路区段上，担当牵引任务的机车多采用肩回运转制，个别区段采用循环运转制；在区段内或枢纽内担当小运转列车牵引任务的机车，由于运行距离和时间都短，所以采用环形小运转制交路。
采用肩回运转制时，机车要在段内进行整备，在车站不需另设整备设备。采用循环运转制时，由于机车很少进机务段，节省整备时间，机车交路可以延长，使内燃、电力机车的牵引性能充分发挥，从而提高机车运用效率，加速机车周转。但是，循环运转制一般只有在上下行都有大量不需要改编的中转列车经过机务段所在站时才能采用。采用环形小运转交路的机车整备作业及乘务员交接班均在担当作业的所在站进行，只有到定期检修时机车才入段。
（二）乘务制度和乘务方式
机车乘务制是机车乘务员使用机车的制度。
机务段在为邻接区段提供机车的同时，还要负责计划和组织机车乘务员的工作。
现行的机车乘务制度基本上可以归纳为两类：
1 、 包乘制 ：每台机车配备二至三个固定的乘务组值乘；
2 、 轮乘制 ：机车由各个乘务组轮流值乘。
包乘制由三班乘务员固定使用一台机车，轮流值乘。包乘制的主要优点是机车乘务员对自己驾驶的机车非常熟悉，有利于机车的操纵和维修保养。但是，机车运用和乘务员的组织工作比较复杂，常会因为安排不当或运行秩序被打乱而影响机车的运用效率。
采用轮乘制时，机车乘务组值乘的机车是不固定的，这样可以有效地使用机车和合理安排乘务员的作息时间，以较少的机车或乘务组，完成较多的运输任务。
机车乘务员的换班方式，即 乘务方式，主要有外段驻班制、立即折返制和随乘制三种。

第四节 牵引计算

牵引计算以力学的基本原理为基础，以科学试验资料和机车操纵的先进经验为依据，分析列车运行中的各种现象和原理，并用以解算铁路运输中一些主要技术问题和技术经济问题，如机车牵引质量、列车运行速度和运行时间、列车制动距离等。
为了解决上述问题，首先要研究列车运行中发生的对列车运行有直接影响的各种外力，这些外力包括以下三种：
1 、机车牵引力 F ——由动力传动装置引起的与列车运行方向相同的外力。这是可由司机控制的使列车发生运动或加速的力。
2 、列车运行阻力 W ——列车运行中由于各种原因自然发生的与列车运行方向相反的外力。其大小是司机无法控制的，它的作用是阻止列车发生运动或使运行中的列车自然减速。
3 、列车制动力 B ——由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力。它的大小可由司机控制，它的作用是使列车产生较大的减速度或者在长大下坡道阻止列车超速运行，或者防止列车在车站停车时由于坡度或大风而自然溜逸。
根据线路情况和列车的运行要求，机车可以有三种工况：牵引运行、惰力运行和制动运行。各种工况下作用于列车上的合力的组合情况如下：
1 、牵引运行时，作用于列车上的力有机车牵引力 F 和列车运行阻力 W ，其合力
C ＝ F － W
2 、惰力运行时，作用于列车上的力只有列车运行阻力 W ，故合力
C ＝－ W
3 、制动运行时，作用于列车上的力有列车制动力 B 和列车运行阻力 W ，其合力
C ＝－（ W ＋ B ）
当合力 C ＞ 0 时，是加速力，列车将加速运行；当合力 C ＜ 0 时，是减速力，列车将减速运行；当合力 C ＝ 0 时，列车将匀速运行。
《列车牵引计算规程》是进行牵引计算的依据，所有参数均采用国际单位制。