为什么火车机车会有这么多型号？

火车的机车，就像汽车里的轿车、SUV、皮卡一样，型号繁多，这可不是为了凑热闹，而是有着实实在在的“硬道理”。要弄明白这点，咱们得从火车这玩意儿本身的特性，还有它服务的那个复杂的世界说起。

首先，得看它“吃”啥燃料，用啥动力。

蒸汽机车： 这玩意儿是老祖宗了。虽然现在在很多地方已经退役，但在一些观光线路或者特定工业场景还能见到。蒸汽机车主要靠烧煤或者烧木头产生蒸汽，驱动活塞往复运动，再通过连杆带动车轮转动。不同的蒸汽机车，在锅炉设计、汽缸大小、车轮直径上都有差异，这直接影响到它的功率、速度和牵引能力，自然也就有了各种型号。比如，有些是为了跑平原设计的，追求速度；有些是为了爬坡设计的，扭矩要大。
内燃机车： 这是近现代火车的主力。它不像蒸汽机车那样需要外部烧燃料产生蒸汽，而是直接在车头里把燃料（主要是柴油）烧了，产生动力。
柴油电力机车： 这是目前最普遍的内燃机车类型。它车头里有个大柴油发动机，这个发动机不直接驱动车轮，而是带动发电机，产生电力，然后再用电动机来驱动车轮。这种设计的好处是，柴油机的效率可以优化，而且电力驱动更平稳，控制也更灵活。不同型号的柴油电力机车，在发动机功率、发电机容量、电动机类型和数量、车轴布置上都有不同。你需要拉很重的货车，那就要大功率的发动机和强劲的电动机；如果你只是跑客运，追求速度，那可能对发动机的转速和电动机的最高输出功率有更高要求。
柴油液力机车： 这种机车用柴油机带动液力变矩器，再通过液力传动来驱动车轮。它结构相对简单，维护也方便，但在效率上不如柴油电力机车，特别是在低速重载时。所以，它可能更多地出现在一些支线、调车或者特定工业领域。
电力机车： 这是最环保、效率最高的火车动力方式。它直接从接触网（架在铁轨上方的电线）获取电力，驱动电动机。电力机车又可以细分为：
直流电力机车： 早期电力机车多采用直流电，现在已逐渐被交流电取代。
交流电力机车： 这是目前的主流。它从接触网获取高压交流电，然后通过变压器降压，再经过整流和变频装置，得到频率和电压可控的交流电来驱动交流电机。交流电机技术先进，效率高，控制精确，还能实现再生制动（刹车时把电能还给电网）。
混合动力机车： 这种机车既可以靠接触网供电，也可以依靠自身携带的柴油发动机来提供动力。这在一些电网覆盖不全或者需要灵活切换供电方式的线路上很有用。

其次，还得看它“干啥活儿”。

火车的主要工作无非就是拉人（客运）或者拉货（货运）。这两者的需求是截然不同的，自然需要不同型号的机车来胜任。

客运机车：
追求速度： 客运列车需要准时、舒适地把乘客送到目的地，所以速度是关键。客运机车通常设计得更流线型，风阻小，而且发动机（无论是柴油还是电力）的功率输出也更偏向于高速运行。
平稳舒适： 客运列车对运行的平稳性要求很高，这就对机车的悬挂系统、牵引电机控制系统等提出了更高的要求，以减少震动和噪音。
编组灵活性： 有时候客运列车需要根据客流情况调整车厢数量，所以机车需要有比较好的牵引能力，能够灵活地增减车厢。
货运机车：
牵引能力： 货运列车通常很长，装载的货物也很重，所以对机车的牵引能力要求极高。货运机车往往拥有更强大的发动机、更重的车身（增加粘着力），以及更低速大扭矩的传动系统。
耐用可靠： 货运机车经常要在恶劣环境下长时间运行，对可靠性和耐用性要求非常高。
多机并联： 为了拉动超重的货物列车，常常需要两台甚至多台机车并联使用。不同型号的机车是否能够兼容并联工作，也是一个需要考虑的设计因素。
调车机车：
低速灵巧： 调车机车主要在车站、编组站等地方负责列车的解体、编组、推拉车厢等工作。它们不需要跑多快，但要求低速运行时的操控灵活，挂钩方便，而且扭矩要足，能够精确地移动车厢。
小巧紧凑： 调车机车通常体积较小，转弯半径小，方便在繁忙的站场内穿梭。

再者，不同的铁路环境也催生了不同型号的机车。

线路条件：
坡道： 很多线路都有爬坡需求，特别是山区线路。爬坡能力强的机车，就需要有更大的功率和更好的低速牵引性能，车轴布置也可能有所不同，以更好地分配重量。
轨道标准： 不同国家、不同地区的铁轨宽度（轨距）是不一样的。有些是标准轨距（1435毫米），有些是宽轨（如俄罗斯1520毫米），有些是窄轨。为适应不同的轨距，机车的车体宽度、转向架设计都需要进行调整。
气候： 在寒冷地区，机车需要有防冻措施；在高温地区，则需要更好的散热系统。
供电制式：
交流/直流： 如前所述，电力机车有交流和直流之分。接触网的电压和频率也不尽相同（例如，中国大陆广泛使用25千伏50赫兹交流电，但有些线路或国家可能使用1500伏或3000伏直流电）。为适应不同的供电制式，电力机车的受流器、变压器、整流器等电气设备需要专门设计。
自动化和智能化： 随着技术发展，现代机车也越来越注重自动化和智能化。例如，一些机车配备了列车运行控制系统（CTCS/ETCS），能够自动调整速度，保证行车安全；还有些机车可以实现远程监控和诊断。这些新功能的加入，也会形成新的机车型号。

最后，还有一个很重要的原因：技术迭代和发展。

就像你买手机，一年一个新型号，配置性能都在升级。机车技术也是如此。

动力升级： 柴油发动机的效率越来越高，功率越来越大。电动机的控制技术也越来越精湛，响应更快。
节能环保： 随着环保意识的提高，机车的设计越来越注重节能和减少排放。比如，采用更高效的柴油发动机，或者大力发展电力机车，减少燃油消耗和尾气排放。
安全性： 新的制动系统、防滑系统、安全监控系统等都在不断引入，提升机车的运行安全。
舒适性： 驾驶室的设计越来越人性化，隔音隔热效果更好，操纵也更便捷，提升了司机的劳动条件。

总结一下，火车机车型号繁多，就像一个庞大的家族，每个成员都有自己的“特长”和“使命”。

动力形式不同（蒸汽、柴油电、柴油液力、电力），这决定了最基础的动力来源和传动方式。
服务用途不同（客运、货运、调车），这决定了对速度、牵引力、平稳性等性能的要求。
运行环境不同（线路条件、气候、供电制式），这决定了机车需要具备的适应性。
技术进步推动（效率、环保、安全、智能化），这使得不断有更新、更好的型号出现。

所以，下次你看到一列火车，不妨留意一下它的“长相”，它的动力标识，甚至它的车身编号。它能拉动多重的货物，能跑多快的速度，能在什么样复杂的线路上安全运行，背后都是一门门精密的工程学和不断追求进步的智慧。这可不是简单的“换个壳子”，而是为了更高效、更安全、更经济地连接世界而进行的持续优化和创新。

我国有句古话，叫一时之器当一时之用。这就引申出很重要的一点，新技术一直在发展中，某些新技术没法或者不值得用在老物件上，那就只能造新的。铁路机车也是如此，之前那些老车没赶上的技术，能装的都给新车用上了。而且，由于需求不同，适用的机车也必须跟着变化。比如说吧，美国太平洋铁路刚修通的时候还是两对动轮的燃柴蒸汽机，过了几十年都是各种四对甚至更多对动轮的燃煤乃至燃油蒸汽机，这其中基本上是运输需求倒逼技术进步，使得大萧条时期的美国蒸汽机不至于还跟南北战争时期一样还是小玩具。

以国产电传动内燃机车的东风这一个大家族为例，这里只讨论量产型的情况，个人分为三代：

东风是引进自苏联的型号，由大连厂设计制造，将源自美国的2000马力的10L207E发动机塞进车体。这个发动机最大的特点是采用两根曲轴，各自带动10个活塞，装在10个汽缸柱里，这样就可以不用气门机构完成二冲程循环^[1]。发动机带动的主发电机为直流发电机，经过一系列的分配，电能传递到6个直流牵引电机上去，这时候就只有1500马力，也就是1200千瓦左右的功率可以用于车辆牵引。

东风2一样是引进自苏联的型号，戚墅堰厂制造，发动机乃是缩水后的6L207E，作为外走廊调机使用，功率似乎没破千，单位千瓦。

东风3是参照东风修改的牵引齿轮比，使之能达到120km/h的速度以牵引客车。当然到后期东风3的功能被下文的东风4B 2000型取代，又改回东风的齿轮比当东风用。

以上三个笔者称之为第一代东风机车，基本上都是在20世纪50年代末到60年代设计的。

东风4第一台车是大连厂1969年完成制造的（东风4 0001现在还在环铁铁博，车身厂牌上的1969很显眼）。这种车跟东风最大的区别是发动机换成了自己研发的16V240ZJ发动机，这款四冲程的发动机的原理就跟现在各种V6 V8之类的商用汽车柴油机一样，只是各项细致参数诸如汽缸直径、冲程、夹角等不一样。而主发电机因为技术的发展，已经可以采用三相交流发电机，再采用跟交直电力机车原理近似的整流设备，向直流牵引电机供电，这种被称为交直传动，自东风4B至东风12，除了极个别试验车图纸车以外，量产车及剩下的试验车图纸车都采用了这种传动方式。这种车的发动机装车功率达到3300马力（最早的时候是4000马力，相当于两台10L207E发动机），车轮上的功率（铁路称为轮周功率）也有3000马力上下。后来在70年代末进行重大技术革新，衍生出制造数量最多的东风4B型，并以此为研发平台，衍生出多种车辆，如东风4B 2000系这个能跑120km/h的客机，这里就不展开了。基本上，一台东风4B能够在平原牵引2000至3000吨级别的货车，山区线路上这个数字要小不少。

东风5最早的时候是大连厂把东风4的V16换成V8（铁路的说法是8V，实际都一样），制造出来的外走廊调机。当然后期因为技术发展及功率需要，逐渐有了采用8240（8个汽缸直列）与12V240两种新发动机的新款东风5，造型也比较多变，但是还是外走廊调机的模样。

东风7那一家子是北京二七厂由液力转产电力的结果，东风7跟7B都是12V240的发动机，但是比大连的12V240发动机少了15毫米的冲程。到7C与7D因为机务部门要求与东风4零件通用，改成了大连式的275毫米冲程。东风7/7B/7C都是3000吨至4000吨级别的外走廊调机，东风7D是内走廊干线机车，替代某些困难线路上的东风机车。另有东风7G与蜜汁相似的新款东风5，由不同厂家制造。

东风12基本上是资阳厂东风4拉皮成外走廊调机，原因是铁道部需要一款5000吨级的内燃调机。

以上为笔者划分的二代东风机车，时间跨度约为20世纪60年代末至90年代中末期。

三代机车以戚墅堰厂偷偷研发16V280发动机为起始，另外还有大连厂参照GE给的ND5图纸及技术支持研发的东风6。当然了，因为各种原因，这些车要到90年代才开始制造。

东风4D虽然零件大部分与东风4B通用，但是其发动机经过改造，可以输出4000马力，落实到轮周功率上也有3600马力。这种车有曾经有4个子型号：普速客机版0000系最大速度120km/h；准高客机版3000系最大速度160km/h；货运版4000系最大速度100km/h，可在平原线路单机牵引3000至4000吨货车；径向版7000系采用径向转向架以确保小曲线上的牵引效果，后因径向转向架不够成熟而改回4000系的转向架。另有东风4DD这种外走廊调机，也是为了牵引5000吨货车而研发。

东风8/8B为戚墅堰厂将5000马力的16V280发动机装车的产物，这样在平原线路就能单机牵引5000吨货车。

东风11为戚墅堰厂改进转向架使之能跑到170km/h的产物，之前还有个东风9为王前驱了。有衍生型11Z与11G，11Z为水表车，11G为带机车供电的内燃机车。

东风4D、东风4DK（即3000系）、东风11与东风11G都是20世纪90年代至21世纪初为提升客运服务水平而研发的机车，东风4DH（即4000系）与东风8/8B为同一时期铁道部希望提升货运服务水平的产物，而这些车另外相同的地方是微机控制得到进一步加强，计算机及其相关通信技术这个趁手工具越发像神经系统一样，深入各个型号的机车。所以，这几种车笔者称之为第三代东风机车。

希望到这里答主还没看晕，因为这个内容在某些介绍性质的书籍里^[2]，基本能占用五分之一，达到上百页的篇幅，这个只是简略到不能再简略的拙劣介绍。

还是文首那句话，因为运用场景、运用年代的不同，促使厂商将最新式的技术装进新车里，以满足运用部门的需求。60年代周总理想的是只要是个能量产的内燃机车代替蒸汽机车进出北京城就行，所以有东风还有东方红两个系列。而到了90年代末，铁道部希望客车能达到160的最大速度，而东风4B-2000跑不到160，那就只能让东风4DK跟东风11去干160的活儿。同一时期，东风型双机拉个2000来吨货车已经很勉强而且车身残旧不堪，所以需要东风4DH乃至8B去牵引更长更重的货车，这两种情况就是运用场景与运用年代的不同。

参考

1. ^ https://www.bilibili.com/video/av74239044
2. ^ 《中国铁路机车史》（上）

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