研究火车

斯蒂芬逊生活的十八、十九世纪，是资本主义迅速发展的时期。

1768 年，苏格兰的瓦特改进了蒸汽机，给大规模的机器生产提供了强大的动力。资本家生产出来的大批工业品，急需用先进的交通工具，尽快把它们输送到各地去销售。

1801 年，英国人特列维蒂克制造出了第一台蒸汽机车。可是试车的时候，他在点火以后跑去喝水，等他喝水回来，机车早已烧坏了。3 年以后，特列维蒂克又制造了一台机车，取名“新城堡号”。这台机车只有一个汽缸，机身很大，力量很小，靠齿轮传动，开起来声音震耳欲聋，一摇一摆，变换速度困难，经常出轨。特列维蒂克连遭失败，灰心丧气，就不再研制机车了。

1807 年，美国的富尔登发明了汽船，基本上解决广水上运输问题，就在

这一年，英国的特勒维也制造出了一个火车头。这个火车头重 5 吨，每小时

能走 8 公里，最多拉十几吨货物，再加上经常出事故，许多人都讥笑他说： “你的火车，还不如我的马车跑得好呢。”

就在这种情况下，斯蒂芬逊开始研究火车。他想，煤矿上的蒸汽机能把深井里的水抽上来，特列维蒂克和特勒维造的机车，能拉得动十几吨重的东西，这力量是从哪里来的呢？他细心观察，反复思考，终于悟出了其中的奥妙。原来，火车要想拉得多，跑得快，全靠“大力士”蒸汽机。

为了掌握蒸汽机的原理，斯蒂芬逊不怕吃苦，长途跋涉，步行一千多公里，特意来到瓦特的故乡苏格兰，在那里整整工作、研究了一年。他不知疲倦地阅读了许多有关蒸汽机的书籍，研究了蒸汽机的发展演变历史，实地考察了各种类型蒸汽机的特点。

从瓦特研究改进蒸汽机的过程中，斯蒂芬逊懂得了飞轮可以积蓄能量，保持机器的匀速运转；通过曲柄连杆的传动，可以把活塞往返的直线运动，变成车轮旋转的圆周运动。更重要的是，他明白了能的转变和能量守恒定律。煤燃烧放出能量，水受热变成蒸汽得到能量。啊，是蒸汽的能量推动活塞往返运动，带动车轮旋转，火车便向前运动了。所以，汽缸里的蒸汽温度越高，能量越大，火车就可以拉很多的货物，而且比马车跑得更快。

斯蒂芬逊在总结和掌握了前人制造蒸汽机车的经验教训以后，便开始了研制新的蒸汽机车。他把当时的立式锅炉改成卧式锅炉，用扩大炉膛的办法，来增加锅炉的受热面积和蒸汽。而且，把立式锅炉改成卧式，高度降低，行走、转弯也就平稳、灵活多了。此外，他还在车轮的圆边加上了轮缘，防止火车发生出轨事故，保证行车安全。

经过多年的研究和反复的试验，斯蒂芬逊在 1814 年，制造出了一台名叫“半统靴号”的火车头。他驾驶这个火车头，在煤矿进行了试车表演。试车结果，这台经过改进的火车头，果然比以前的火车头拉得多，跑得快。可惜的是，这个火车头的震动仍然太厉害，在试车过程中，由于机车上的螺拴震松了，以至翻了车，把一名乘车的英国国会议员和英国交通公司的董事长摔伤了。于是，嘲笑指责，挖苦讽刺，时有所闻。有的人甚至危言耸听地说，听到火车的汽笛叫，连天空的飞鸟也会跌下来。一些原来赞成试验火车的官员，现在也极力反对，断言用蒸汽机作交通工具是根本不可能的。

在困难面前，斯蒂芬逊并没有像特列维蒂克和特勒维那样灰心丧气，止步不前。他以巨大的勇气和毅力，决心对火车头继续进行研究和改进。

为了减轻火车行进时的震动，斯蒂芬逊在火车上装置了减震弹簧。

为了进一步提高锅炉的受热面和蒸汽量，加大机车的牵引力和延长锅炉的使用时间，斯蒂芬逊在锅炉里面增设了 20 多根小烟管，让炉膛里冒出来的高温烟汽，从小烟管排出去。

为了防止温度太高引起锅炉破裂，斯蒂芬逊从薄玻璃杯传热快、不会炸裂中得到启示，没有采用增加锅炉壁厚度的办法，而是在锅炉的烟道中添置了一些预热管，使废热气从管外经过。这样，加入锅炉的冷水先经过预热管预热，然后再进入锅炉，就可以避免加入冷水时，因温度剧烈变化引起锅炉破裂。

为了流通空气，减少噪音，斯蒂芬逊把汽缸里的废汽，用小管通到烟筒里去，利用小管里蒸汽向上的冲力，使煤烟出得比原来更通畅，使炉膛中的空气循环加快，煤也就烧得更欢了。

经过这一系列的改进，斯蒂芬逊终于造出了牵引力大、运行安全的“旅行号”机车，为火车的制造和发展，奠定了坚实可靠的基础。