中国蒸汽机车科普——建设型蒸汽机车（完善版）

建设型蒸汽机车首台制造1957年，和平型（前进型）蒸汽机车首台制造于1956年，为什么有了更加先进的前进型蒸汽机车，还要制造建设型？ １９５４年，铁道部开始采取各种措施加快组建我们国家自己设计机车的技术队伍。１９５５年初，第一机械工业部根据铁道部提出的“干线货运蒸汽机车设计技术条件”，决定由大连机车车辆工厂进行“和平型”代号ＨＰ蒸汽机车设计。这是大连工厂成立设计科以后第一个独立设计的产品。 施工设计时约有２００名设计师参加。以２０个月的时间完成了三个阶段的设计工作。整个设计组织得十分严密细致，实际文件图纸均经过四、五次的审查核对，错漏很少，质量较高。  １９５６年国庆节前夕，第一台采用无燃烧室的“和平”型机车在大连工厂试制成功，试运情况良好，机车的标号是和平０００１。这台机车的诞生，标志着我国已经培养出了第一批机车设计人员，是我国在吸取国内外先进技术的基础上第一次自行设计制造的蒸汽机车。 需要说明的是，虽然以ＨＰ０００１号为代表的第一批锅炉的机车采用了许多新成就、新技术，安全可靠，功率等级和各项技术经济指标均达到了当时世界上蒸汽机车设计制造的先进水平，但是由于设计时过于迁就苏联专家采用了无燃烧室设计，导致锅炉蒸发率和供气率未得到充分发挥。 火箱是燃料燃烧的主要处所，火箱容积小，就要引起燃料的不完全燃烧热损失增大,使锅炉效率降低，火箱也是锅水吸收热量的重要处所，火箱传热面积过小，就会减少锅水所吸收的热量，使锅炉的蒸发量减少，同时也降低了锅炉效率。锅炉蒸发能力不足，效率偏低，锅炉与汽机的工作能力不相适应。 友好型蒸汽机车采用有燃烧室火箱 采用无燃烧室的“和平”型机车火箱 有无再燃烧室各有优缺点 无再燃烧室，煤炭燃气进入火管经过过热器路程较短，温度较高，所以过热温度机车热效率较高，但火箱蒸发面积小，限制了锅炉蒸发效率。 有再燃烧室，煤炭燃气进入火管经过过热器路程较长，温度较低，所以过热温度机车热效率较低，但火箱蒸发面积大，有利于锅炉蒸发效率的发挥。 苏联的煤炭火焰较短，热量较高，即使采用无再燃烧室设计，依然能够达到足够蒸发效率，但是中国的煤炭火焰较长，热量适中，如果采用无再燃烧室设计，燃煤在火箱里得不到充分燃烧，再加上火箱蒸发面积小，在长大上坡道会出现供汽不足，影响牵引性能。 一直到１９６４年９月２８日，经过重大改进设计后的“新和平”型蒸汽机车，在大同工厂试制完成，车号和平型１０1 同年10月至次年9月，铁道科学研究院进行了抽阀静置热工试验，环形线牵引热工性能试验和线路运营试验。试验结果表明“新和平”型蒸汽机车创造了我国蒸汽机车锅炉蒸发能力的先进水平。改进后的机车，克服了无燃烧室锅炉的主要缺点。经过４万多公里运行考核，经改进设计的效果充分证明，我国的机车设计水平又有新的提高，也充分证明我国依靠自身的力量，已完全具备和掌握了适合我国国情的蒸汽机车的设计理论和制造技术。 前进型蒸汽机车具体介绍 由于和平型机车短期内无法定型，为解决和平型定型前的运输任务，决定结合部分和平设计改进已经成熟的解放1型蒸汽机车，设计出建设型蒸汽机车，这也是为什么1956年制造成功和平型后，1957年还要制造建设型的原因。 1956年，大连机车车辆厂对解放型蒸汽机车(代号ㄇㄎ1)进行改进设计，加入了和平型的部分设计。于1957年7月试制成功，机车出厂时，毛泽东主席曾亲自登乘。经改进后的蒸汽机车命名为“建设型”，车型代号JS，并于同年9月投人批量生产。 随后由大同机车工厂，大连机车车辆厂，戚墅堰机车车辆厂和二七机车工厂批量生产建设型蒸汽机车，大连和戚墅堰两厂共生产建设型机车1071台。大同厂和二七机车车辆也生产了一部分。 机车编号：大连机车车辆厂5001~5146，戚墅堰机车车辆厂5301~5353， 制造年代1957年                   大连机车车辆厂5147~5300，戚墅堰机车车辆厂5354~，制造年代1961年~                   大同机车厂5244~5253, 5579~5600， 6016~6066， 6068~6106， 6112, 6401                   制造年代1963~1965年                   二七机车工厂5321   制造年代1958年 机车参数 制造国家——中国 制造厂——大同机车工厂，大连机车车辆厂，戚墅堰机车车辆厂，二七机车工厂 首台制成年份——1957 用途——货运 轴式——1-4-1 轨距——1435mm 整备重量——103.321t 动轴轴重——20t 轮周功率——2270马力 模数牵引力——2615.8kg 总效率——8.1％ 单位马力金属消耗量——40.2kg 构造时速——85km/h 通过最小曲线半径——145m 固定轴距——4419mm 机车总轴距——10192mm 煤水车总轴距——6800mm 机车及煤水车总轴距——20487mm 最大高度——4709mm 最大宽度——3332mm 机车及煤水车总长——23342.5mm 煤水车装煤量——17t 煤水车装水量——35立方米 锅炉参数 火箱型式——圆底宽火箱 过热器型式——A式 蒸汽压(大气压)——15 炉床面积——5.08㎡ 管板间距离——4700mm 大烟管数X直径——50×133/125 小烟管数X直径——80×51/46 总蒸发传热面积——108.62㎡ 过热传热面积——89.06㎡ 火箱容积——8.71立方米 汽机参数 汽缸数目——2 汽缸直径——580mm 勾贝行程——710mm 汽阀直径——300mm 进汽余面——38mm 排汽余面——0 进汽导程——6mm 最大切断率——前进74%，后退70% “ 由于有“和平型”的前车之鉴！建设型蒸汽机车在采用苏联“先进技术”方面，显得非常谨慎！仅煤水车，驾驶室，蒸汽干燥管，调整阀，混合式给水预热器等部件采用了和平型蒸汽机车的设计，而在锅炉，机车行走部等涉及机车关键部分则大部分沿用解放1型蒸汽机车的成熟设计。 其锅胴直径比解放型略小，锅炉实测总容积由解放型的15.03立方米，减少至14.376立方米，炉床面积于解放型相同，为2.38X1.86=5.08平方米。 炉篦有效通风面积与炉床面积之比由解放型23.04%增加到24.1%，为了清扫燃烧室和锅管的烟灰，改善传热状态，在火箱两侧各装有吹灰器一具。 为了提高过热面积，建设型机车过热管由解放型36组增加到50组，装在50根大烟管内，使过热管内蒸汽通过面积由解放型221.7m㎡提高到307.9m㎡，从而提高了过热温度改善了蒸汽质量。 此部分并非建设型首创！ 1953年第一机械工业部机车车辆工业管理局在机车设计科副科长瞿纠主持下，以日本留下的6套不尽相同亦不完整之ミカイ型机车图纸，进行甄选、整理、改进和补充，改英制为公制，增加表面光洁度、公差配合和技术条件，改用国产材料标准等，于1954年12月大连机车车辆厂依照改定后图纸试制成第一台2178 号解放型蒸汽机车。机车最大轮周功率由旧ㄇㄎ1型机车的1545 马力提高到1945马力。  改进项目 一·锅炉提高蒸汽过热温度，大烟管由36根改为50根，小烟管由145（或144）根改为101根。 二·改变拱砖管形状，使拱砖上部燃气通过面积加大。 三·改进烟箱通风系统。 四·汽室阀改为特氏分动式汽阀。 解放型详细介绍 采用于和平型相似的外置式蒸汽干燥管，上提式单调整阀。 外置式干燥管置于锅炉外部，加大了锅炉容汽空间，方便检修，沙箱置于干燥管之上，冬季保暖性更好，可以防止气温低导致输沙管冻结导致故障，而且汽包沙箱一体式外形更加简洁  建设型蒸汽机车参考和平型蒸汽机车，使用上提单式调整阀。 1. 机车装有废气混合式给水预热器，利用汽缸排出的乏气量,将给水加热，可以节水 12%～14%，节约燃料7%～8%。  混合式给水预热器的优点 1.由于进入锅炉的水,吸收了废汽的热量而提高了温度,节省了水变汽的热量消耗,提高了锅炉蒸发量,在同样蒸发率的条件下,可以降低燃烧率,并能节省煤6~8% 2.废汽与水混合后,废汽凝结成水返回锅炉,可节省水10~15%  3.给水经过预热后,可降低给水的暂时硬度(重碳酸钙和重碳酸镁的含量,并使大部分的气体逸出,可减少锅板的腐蚀和水锈的沉积） 4.由于给水温度高,与锅水温度的温度差减小,使锅炉汽压不致发生显著降低,并且可减少冷水刺激锅板,有利于锅炉的保养。 总之,混合式给水预热装置,可使机车省煤省水,提高锅炉效率,延长锅炉寿命,减少锅炉修理工作量,不仅可以节省检修费用,而且能够延长定检公里,提高机车运用效率。  事物总是一分为二的,机车安装了混合式给水预热装置后,优点是多的,但是由于废汽和水直接混合,废从汽缸、汽室所来的油脂,不可避免地要顺管路进入锅炉,因此,会引起锅水的上层浮起部分油脂和形成泡沫,较易引起汽水共喷(小喷水)的不良现象。 行走部采用稀油润滑轴箱和自动调整楔铁，动轮为铸钢箱式结构，动轮匀重块不灌铅，装有粘着重量增加器。 建设型蒸汽机车底盘部分设计比较保守，基本延续了解放1型蒸汽机车设计，如还是使用双滑面双滑板对称式十字头，滑座式从轮转向架，其实完全可以采用和平型的多面体式十字头，摇鞍式转向架，不过这样做的优点是可以与解放型零部件通用，毕竟当时解放型还是主力。 双滑面双滑板对称式十字头。建设型，解放型等机车使用这种十字头。 优点 一，构造简单，惯性力作用线与鞲鞴压力的作用线相合 二，滑板与十字头滑槽的间隙易于调整 缺点 一，重量较大，不适用于大型机车 二，有碍前连杆的安装 三，十字头与滑板的磨擦面都露在外面，易被灰尘沾污，加快磨损 建设型蒸汽机车延续了解放型的滑座式单轴后转向架，其复原装置为螺旋弹簧式。这种转向架 虽然重量较轻，但死重量大，滑座的摩擦力影响复原装置的灵敏性。 和平型采用摇鞍式单轴后转向架，其框架由铸钢制成，这种转向架框架虽较滑座式转向架笨重，但是全部是簧上重量，故灵敏性好。 螺旋弹簧复原装置，多用于从轴偏倚不大于120毫米的单轴后转向架上，其复原力与转向架载荷无关，这种复原装置的主要缺点是当偏倚大时，初复原力比终复原力大。 煤水车为四轴式，两个转向架，全电焊结构，装有自动加煤机，减轻劳动强度，车轮采用D轴和加强D轴。  和平型及建设型蒸汽机车使用仿苏C3式加煤机，外形及参数列表如下 1958年，建设型5008号蒸汽机车在大连内燃机车研究所定置试验台上进行了，牵引及热工性能试验。试验结果表明,机车达到设计任务书要求 。 苏联苏维埃代表团来大连机车厂参观与建设5008号机车合影。 机车每轮周马力小时耗汽量的大小说明机车蒸汽质量和汽机效率的好坏，如以同样数量和质量的蒸汽供给性能不同的汽机时，就产生不同的轮周马力。马力大者效率高，其每马力小时平均耗气量小，马力小者效率低，耗气量就大。如以不同过热温度和压力的蒸汽供给同样性能的汽机时，过热温度低的每马力小时平均耗气量大，过热温度高的（锅炉气压18公斤内，不宜超过450℃）每马力小时平均耗气量小。 现代中等过热蒸汽机车通常为7~8千克/马力小时 高过热蒸汽机车降为6.5千克/马力小时  前进型蒸汽机车每轮周马力小时耗汽量为6.75千克/马力小时，建设型蒸汽机车则更加优秀，每轮周马力小时耗汽量为6.18千克/马力小时. 图1一9是各型机车轮周牵引力的比较曲线。 从图中还可以看出，建设型机车轮周牵引力随速度增高而下降的趋势与前进型机车具有类似的特点，下降的趋势比较缓和。而FD型与解放型高速运行牵引力下降非常迅速！ 建设型机车之所以具有这样优越的牵引特性，主要是由于它的耗汽特性好，在小遮断比高連运行时的汽口开度，相对来说较解放型机车的汽口开度大，因而汽缸进汽压力降较小。此外，汽室到废汽喷口的通路较短和通路流线型的程度较高，由于建设型较解放型最大断汽减小10%，而粘着重量及汽缸尺寸均未改动，为使建设型有足够牵引力，锅炉气压由解放型14公斤/平方厘米提高为15公斤/平方厘米. 建设型机车是在解放型货运蒸汽机车的基础.上进行现代化改造的产品,是我国自已设计制造的新型机车。从前进型和建设型机车的牵引性能可以看出，我国蒸汽机车的设计、制造已具有较高的水平。  功率曲线随速度的增加而上升，锅炉功率曲线及小遮断汽机功率曲线上升到一定程度即开始下降。现代蒸汽机车锅炉功率曲线比较平稳，说明它的功率特性好。 如建设型，和平型等我国自制的新型机车，其锅炉功率不但大而且平稳；特别是建设型蒸汽机车在机车构造时速内并无下降趋势，当建设型机车计算供气率75公斤，速度80公里/小时，机车功率最大2270马力，锅炉可以达到的最大供气率为85公斤，此时机车最大功率2560马力。 而解放型锅炉供气率55公斤，速度55公里每小时，机车功率仅为1540马力  在更先进的前进型蒸汽机车大量运用前，建设型蒸汽机车曾是中国铁路干线货运机车的主要型号。和解放型蒸汽机车相比，建设型的最大功率提升了16.7%，平道牵引力提高了22%，机车总效率也提高了0.9%，提高到8.1%。 由于和平型蒸汽机车于1964年定型生产 ，建设型蒸汽机车便于1965年停产，由于工矿企业及调车小运转的需要，大同机车厂于1981年复产建设型蒸汽机车，并对部分结构做了改进，机车编号：6201~6558，制造年份1981~1986年。 一，锅炉部分 (1)火箱底圏与内外各板连接由鉚接改为穿销焊接；各处补板除烟箱、汽包与锅胴板连接处加装栽丝座进行连接外，6201~6239号机车汽包补板与锅胴板改为穿销焊连接，其余又改为螺栓连接。 (2)各锅腰角铁与膨张板的饺孔连接螺栓孔位置下移20mmm,第二、三位锅腰角铁改为两块。 (3)固定和活动炉撑取消∅19mm规格，统一改为铁标规定的∅22mm规格。 (4)烟箱胴板和烟箱大门板加厚至14mm。 (5)各板洗炉堵孔径加大，锅胴下部洗炉堵改为∅85mm规格，洗炉堵垫采用聚四氟乙稀材料 (6)注水器由FX11型改为X10型。 二，机械部分 (1)主曲拐销压入部加粗并改为空心结构。 (2)汽阀体增加模锻和二段焊接方案。 (3)由6240号机车开始，汽室套材质改为加硼铸铁。 (4)由6342号机车开始，汽缸排水由脚踏杠杆式改为风动式。 (5)由6347号机车开始，偏心曲拐改变材质以增加强度。 (6)由6347号机车开始，提高了双滑板十字头体的强度。 三、车架、制动部分 (1)主车架片前端减重孔縮小，该处各断面加强，第一位轴箱托板前端和第三位轴箱托板螺栓改为栽丝型式。 (2)动轴箱下油盒托板改为抽屉式，油篦改用油线卷，两侧端头改用含油泡沫塑料。 (3)弹簧装置各销孔改用尼龙套。 四、司机室及机车附件部分 (1)司机室加高改短，增设翻板。通风窗、瞭望窗等零部件与前进型机车统一。 (2)木地板改为网纹钢板。 老建设驾驶室为两扇等大窗户，门内凹比较接近苏联机车驾驶室 改进后驾驶室为三扇窗户，通风窗户更大（偏解放型风格） (3)装有机车三大件——无线列调，机车信号，自动停车装置。 五、煤水车部分 (1)由6240号机车开始，取消加煤机，加装推煤机。 推煤机 (2)采用前进型机车的四轴煤水车转向架。 (3)参照前进型机车六轴煤水车的设计，对水柜进行了修改，隔板面加强，底板、侧板分别加厚为10mm和8mm。 (4)后部牵引装置与前进型机车相同。 (5)由6240号机车开始，后脚踏板增加档板。 1985年根据机车运用要求对建设型蒸汽机车又作了较大改进，1986年7月试制出2台（车号8001~8002）样机，1987年开始批量生产，至1988年停产共生产423台。 一、锅炉附件 (1)注水器由FX11型改为X10型， 左侧移在下方。 (2)取消给水预热装置。 二、机械部分 (1)原双滑板、十字头，改为单滑板、十字头，相应修改了月牙板托架等零件。 多面体式十字头   其优点为 摩擦面多,摩擦面积大,重量轻,适用于大型机车 灰尘不易落到摩擦面上,寿命较长; 装拆方便 不妨碍前连杆的装拆  其缺点为 十字头及滑板加工复杂,且摩擦面磨耗后须重浇白合金以调整十字头与滑板间间隙,机车前进时,多面式十字头以多摩擦面向上压紧滑板,机车后退时,十字头和导板接触的摩擦面少,因此机车后退时十字头与滑板的单位压力较前进时为高。  十字头滑槽为工字形时所用的滑饭,滑板形状应与十字头滑槽相合。滑板前端用两个螺紧固在汽缸后盖的滑板托上,后端紧固在滑板托架上,为使板受热时可以向后伸长,滑板上后端的两个螺栓孔作成椭圆形。  为便于于制造,多面式十字头滑板常分为左右两半，再以若干螺栓相连。 (2)汽缸鞲鞴采用模鍛件。 (3)主车架片、滑板托架横梁和第一、二上横梁结构型式进行了改进，均衡梁座、闸瓦吊杆座分别与主车架片和各横梁铸成整体，前緩冲铁也作了修改。 三、煤水车部分 (1)转向架改为整体构架 (2)轴箱滚动轴承改为4G5527320T和4G7527320 (3)水柜排泥孔由2个增为4个，并改成洗炉堵型式 建设型8419号蒸汽机车，是1989年大同机车厂根据美国布恩峡谷购买一台蒸汽机车合同制造的。 由于1988年大同机车厂已经告别蒸汽机车生产，所以当时这台机车已经在工厂落成竣工，尚未销售的最后几台建设B型蒸汽机车，按照有关制造记录中技术状态、外表质量最佳的原则，最终选定为建设型8419号机车。  为了给国家争得荣誉,保证出口机车的高质量，工厂决定将8419号机车重新解体，分别送往承制车间，严格按图纸及技术要求进行检查，同时进行零部件表面质量整修，各工序都按规定程序进行严格检查验收。 与此同时，按要求进行加装改造，主要是加装加煤机，锅炉保温材料由石棉改为硅酸铝，加装风动警钟。 原建设B型机车无加煤机，50年代生产的老建设机车由于煤水车转向架改变成滚动轴承结构，加煤机已不适用，需要重新设计，水柜也必须做相应改造。 我国蒸汽机车早已取消警钟,因此也要重新设计 ，经过努力这两项加装改造项目终于一次试制成功，性能符合要求，重新组装完成后，经验收合格。为确保走行部质量，机车还进行了正线试运，在保证机车内在质量完全合格的基础上，又为机车外表美化进行了细致的工作，整台机车装饰一新，美观大方，5月底全部制造完成，经山西省商检局检查质量完全符合出口要求 为美国方面用户使用方便，能正确掌握机车运用技术及检修维护保养，按合同要求，工厂提供了闸瓦、动轮楔铁、鞲鞴、汽室阀填料、涨圈、注水器、炉篦等易损部件，主要零部件设计图纸，中英文对照的机车总图，司机室操纵手柄名称示意图，润滑部位图，此外，还提供了锅炉及主要部件的原材料合格证、锅炉焊缝X光片复制件，机车制造履历表，以使用户确认和使用。  机车参数 制造国家一一中国 制造厂一一大同机车工厂 首台制成年份--1988 用途一一旅游 轴式一-1-4-1 轨距--1435mm 机车空重——92t 整备重量--104t 机车及煤水车整备重量——189.68t 粘着重量——80t 动轴轴重--20t 导轴重——9t 从轴重——15t 轮周功率--2270马力 模数牵引力--25750kg 总效率--8.1% 单位马力金属消耗量--40.5kg 构造时速--85km/h 通过最小曲线半径_-145m 固定轴距一-4419mm 机车总轴距--10192mm 机车及煤水车总轴距一-20505mm 最大高度一-4711mm 最大宽度--3375mm 机车及煤水车总长一-23370.5mm 煤水车装煤量--16t 煤水车装水量一-35立方米 锅炉参数 火箱型式一-圆底宽火箱 过热器型式一一四单管双曲折式(A式) 过热管数——50组 过热管内径×外径——35×28mm 蒸汽压(大气压)--15 炉床面积--5.08m 管板间距离一-4700mm 大烟管数X直径--50×133/125mm 小烟管数X直径一-80×51/46mm 总蒸发传热面积--180.81㎡ 过热传热面积--89.06㎡ 火箱容积--871立方米 汽机参数 汽缸数目--2 汽缸直径--580mm 勾贝行程一-710mm 汽阀直径一-300mm 气阀型式——特式 进汽余面一-38mm 排汽余面一-0 进汽导程--6mm 最大切断率一一前进74%                          后退70% 车架行走部参数 主车架式——铸钢棒式 主车架厚度——114mm 主车架内侧距离——978mm 导轮直径——840mm 动轮直径——1370mm 从轮直径——1120mm 煤水车参数 煤水车型式——四轴滚动轴承式 转向架型式——两轴无导板式 转向架数目——2 煤水车重量——34.68t 满载重量——85.68t 煤轮直径——1000mm 煤轮轴重——21.5t 水容量——35t 装煤量——35t 加煤机型式——C3型 本文参考：《蒸汽机车》铁道部教材编辑组 高等学校教学用书1961年版                   《蒸汽机车牵引计算学》人民铁道出版社 中等专业学校教学用书1961年版                   《中华人民共和国铁路机车概要》中国铁道出版社1990年版                   《四十年中国铁路机车大全》中国铁路机车车辆工业总公司 部分资料及图片来源至互联网，如有侵权请联系删除！