为何蒸汽机车不是汽阀（相当于油门）开得越大就跑得越快？
蒸汽机车的速度，看似由汽阀（通常称之为“节气门”）的开度来控制，实际上是一个复杂系统相互作用的结果，远非“开越大就跑越快”这么简单。就好比你踩下汽车油门，车速提升，但里面牵扯到发动机的转速、变速箱的档位、轮胎与地面的摩擦力等等一堆要素。蒸汽机车也是如此，它的“加速”和“最高速”是多个环节协同工作甚至互相制约的体现。
首先，我们要明白汽阀在蒸汽机车中的作用。它就像是水龙头，控制着锅炉里产生的蒸汽进入汽缸的量和压力。汽阀开得越大，单位时间内进入汽缸的蒸汽就越多，理论上产生的动力也越大。这就像往一个气球里充气，充得越多，气球就会膨胀得越厉害。
那么，为什么汽阀开得越大，不一定就跑得越快呢？有几个关键原因：
1. 锅炉的蒸汽产生能力是有限的：
蒸汽机车的动力源头是锅炉，通过燃烧燃料（煤、木材或重油）将水加热成高压蒸汽。这个蒸汽的产生速度并非无限快，而是受到锅炉尺寸、燃料燃烧效率、水容量以及炉膛设计等多种因素的限制。
燃料燃烧速度： 锅炉需要足够多的燃料在炉膛内燃烧，才能持续产生足够的高温和热量来加热水。如果司炉（烧煤的人）给得煤太少，即使汽阀开得再大，锅炉也无法及时生成足够的蒸汽来满足需求。
受热面积： 锅炉内部的炉管和水管构成了巨大的受热面积，这是将燃烧产生的热量传递给水的关键。受热面积越大，加热效率越高。但锅炉的尺寸和设计是固定的，受热面积也是有限的。
给水系统： 锅炉需要不断补充给水，以替代变成蒸汽损失的水。给水泵（通常是自动或手动驱动的）的效率和能力也会影响锅炉的水位和蒸汽供应。如果给水跟不上消耗，锅炉压力会下降。
简单来说，锅炉就像一个“储气罐”，而汽阀是“放气阀”。你即使把放气阀开到最大，如果储气罐里的气很快就没了，也无法持续提供高速的“气流”。当汽阀开得过大时，蒸汽消耗的速度可能超过锅炉产生蒸汽的速度，导致锅炉压力下降，反而会降低活塞的推力。
2. 汽缸的效率并非恒定，且有“排气”限制：
蒸汽在汽缸内膨胀做功，推动活塞前进，然后通过排气阀排出。汽缸的设计和工作方式对速度也有很大影响。
膨胀比： 蒸汽进入汽缸后会膨胀，驱动活塞。蒸汽在汽缸内膨胀的程度（膨胀比）决定了蒸汽能有多少能量被转化为机械能。如果汽阀开得过大，蒸汽在进入汽缸后很快就达到最大压力，然后就必须排出，此时蒸汽的膨胀过程可能不充分，利用率不高。
排气阻力： 汽缸内的废汽需要被有效地排出，才能为下一轮蒸汽进入创造空间。如果排气不畅，废气会在汽缸内积聚，阻碍新蒸汽的进入和做功，就像一个“堵塞的烟囱”。蒸汽机车通过排气阀（排气门）控制废气的排出，但排气阀的开度和时机也是影响动力的关键。如果汽阀开得过大，导致蒸汽进入过快，排气系统可能无法及时有效地清除废气。
蒸汽漏损： 活塞、阀门等部件的密封性并非完美。当蒸汽压力非常高时，漏损也会相应增加，这部分漏损的蒸汽无法转化为动力，是效率的损失。
3. 连杆机构和车轮的传动效率：
蒸汽机车的动力通过连杆机构传递到驱动轮上。这个传动系统本身就存在机械损耗。
惯性： 巨大的活塞、连杆和曲轴都有相当大的惯性。当蒸汽推动活塞时，需要克服这些惯性才能启动和加速。当车速很高时，这些运动部件的惯性就更加显著，加速会变得更困难。
摩擦阻力： 连杆、曲轴、轴承以及车轮与车轴之间的摩擦，都会消耗一部分能量。这些摩擦力会随着转速的增加而增加。
车轮与轨道： 车轮与轨道之间的粘着力是蒸汽机车能够前进的关键。如果车轮打滑，动力就无法有效传递到地面。在某些情况下，汽阀开得过大，产生过大的扭矩，可能导致车轮原地打滑，反而无法前进。
4. 驱动连杆的“压缩角”：
这可能是最直观也最容易理解的限制之一。蒸汽机车通过曲柄连杆机构将蒸汽的直线往复运动转化为车轮的旋转运动。
曲柄角度： 活塞对曲柄施加的力，只有在与曲柄的切线方向一致时，才能产生最大的旋转力矩。当曲柄与连杆的角度（所谓的“压缩角”）非常小时，即使蒸汽压力很大，产生的旋转力矩也很小，不足以高效地驱动车轮。
低速时优势，高速时劣势： 在起步或低速时，曲柄角度变化慢，可以通过较大的蒸汽压力和相对有利的曲柄角度获得可观的驱动力。但随着车速的提高，曲柄旋转得越来越快，蒸汽的进出时机和压力变化需要与曲柄的运动精确匹配。如果汽阀开得过大，导致蒸汽在不合适的曲柄角度就进入或排出，反而会影响效率。
5. 操纵的艺术——“调校”：
蒸汽机车驾驶（称为“驾驶”）是一门精细的艺术。蒸汽机车司机（或称“火车头驾驶员”/“司炉”）需要根据路况、坡度、列车重量以及锅炉的蒸汽状况，巧妙地调整汽阀开度、节流阀（通常与汽阀联动）以及“进汽时机”（通过改变滑阀的位置来控制蒸汽进入汽缸的时间和持续长度）。
起步与爬坡： 在起步或爬坡时，需要更大的动力。司机会适当开大汽阀，并配合调整进汽时机，让蒸汽在更有效的曲柄角度内膨胀，即使这会牺牲一些效率。
高速巡航： 在平直的轨道上，以较高的速度运行时，司机会将汽阀开度调整到某个最佳点，在保证锅炉能稳定供应蒸汽的同时，让蒸汽在汽缸内进行更充分的膨胀，减少浪费。过大的汽阀开度反而会增加蒸汽消耗，降低效率，甚至可能因为蒸汽产生不足而导致速度下降。
“关住”与“放开”： 蒸汽机车司机经常会根据情况“关住”汽阀（减小开度），利用列车的动量继续前进，或者在下坡时“放开”汽阀，利用重力加速，然后再伺机调整。
总结一下：
蒸汽机车并非一个简单的“油门越大越快”的机械。汽阀开度（节气门）仅仅是控制进入汽缸的蒸汽量的一个环节。锅炉的蒸汽产生能力、汽缸的做功效率、传动系统的效率以及曲柄连杆机构的机械特性，共同决定了最终的车速。
当汽阀开得过大时，可能会出现以下情况：
锅炉“供不应求”： 蒸汽消耗速度超过产生速度，导致锅炉压力下降，动力减弱。
汽缸效率降低： 蒸汽膨胀不充分，或者排气不畅，导致能量浪费。
机械损耗增加： 运动部件的惯性、摩擦力增加。
曲柄角度失配： 蒸汽作用于活塞的时机与曲柄的运动不匹配，驱动力矩减小。
因此，蒸汽机车的速度是司炉和司机通过对锅炉、汽阀、进排气时机以及其他控制装置进行精细的“调校”，在各个环节的效率之间寻找最佳平衡点来实现的。不是简单地将“油门”踩到底就能获得最高速度，而是在理解并协调这些复杂因素的基础上，才能实现平稳而高效的运行。
首先，我们要明白汽阀在蒸汽机车中的作用。它就像是水龙头，控制着锅炉里产生的蒸汽进入汽缸的量和压力。汽阀开得越大，单位时间内进入汽缸的蒸汽就越多，理论上产生的动力也越大。这就像往一个气球里充气，充得越多，气球就会膨胀得越厉害。
那么，为什么汽阀开得越大，不一定就跑得越快呢？有几个关键原因：
1. 锅炉的蒸汽产生能力是有限的：
蒸汽机车的动力源头是锅炉，通过燃烧燃料（煤、木材或重油）将水加热成高压蒸汽。这个蒸汽的产生速度并非无限快，而是受到锅炉尺寸、燃料燃烧效率、水容量以及炉膛设计等多种因素的限制。
燃料燃烧速度： 锅炉需要足够多的燃料在炉膛内燃烧，才能持续产生足够的高温和热量来加热水。如果司炉（烧煤的人）给得煤太少，即使汽阀开得再大，锅炉也无法及时生成足够的蒸汽来满足需求。
受热面积： 锅炉内部的炉管和水管构成了巨大的受热面积，这是将燃烧产生的热量传递给水的关键。受热面积越大，加热效率越高。但锅炉的尺寸和设计是固定的，受热面积也是有限的。
给水系统： 锅炉需要不断补充给水，以替代变成蒸汽损失的水。给水泵（通常是自动或手动驱动的）的效率和能力也会影响锅炉的水位和蒸汽供应。如果给水跟不上消耗，锅炉压力会下降。
简单来说，锅炉就像一个“储气罐”，而汽阀是“放气阀”。你即使把放气阀开到最大，如果储气罐里的气很快就没了，也无法持续提供高速的“气流”。当汽阀开得过大时，蒸汽消耗的速度可能超过锅炉产生蒸汽的速度，导致锅炉压力下降，反而会降低活塞的推力。
2. 汽缸的效率并非恒定，且有“排气”限制：
蒸汽在汽缸内膨胀做功，推动活塞前进，然后通过排气阀排出。汽缸的设计和工作方式对速度也有很大影响。
膨胀比： 蒸汽进入汽缸后会膨胀，驱动活塞。蒸汽在汽缸内膨胀的程度（膨胀比）决定了蒸汽能有多少能量被转化为机械能。如果汽阀开得过大，蒸汽在进入汽缸后很快就达到最大压力，然后就必须排出，此时蒸汽的膨胀过程可能不充分，利用率不高。
排气阻力： 汽缸内的废汽需要被有效地排出，才能为下一轮蒸汽进入创造空间。如果排气不畅，废气会在汽缸内积聚，阻碍新蒸汽的进入和做功，就像一个“堵塞的烟囱”。蒸汽机车通过排气阀（排气门）控制废气的排出，但排气阀的开度和时机也是影响动力的关键。如果汽阀开得过大，导致蒸汽进入过快，排气系统可能无法及时有效地清除废气。
蒸汽漏损： 活塞、阀门等部件的密封性并非完美。当蒸汽压力非常高时，漏损也会相应增加，这部分漏损的蒸汽无法转化为动力，是效率的损失。
3. 连杆机构和车轮的传动效率：
蒸汽机车的动力通过连杆机构传递到驱动轮上。这个传动系统本身就存在机械损耗。
惯性： 巨大的活塞、连杆和曲轴都有相当大的惯性。当蒸汽推动活塞时，需要克服这些惯性才能启动和加速。当车速很高时，这些运动部件的惯性就更加显著，加速会变得更困难。
摩擦阻力： 连杆、曲轴、轴承以及车轮与车轴之间的摩擦，都会消耗一部分能量。这些摩擦力会随着转速的增加而增加。
车轮与轨道： 车轮与轨道之间的粘着力是蒸汽机车能够前进的关键。如果车轮打滑，动力就无法有效传递到地面。在某些情况下，汽阀开得过大，产生过大的扭矩，可能导致车轮原地打滑，反而无法前进。
4. 驱动连杆的“压缩角”：
这可能是最直观也最容易理解的限制之一。蒸汽机车通过曲柄连杆机构将蒸汽的直线往复运动转化为车轮的旋转运动。
曲柄角度： 活塞对曲柄施加的力，只有在与曲柄的切线方向一致时，才能产生最大的旋转力矩。当曲柄与连杆的角度（所谓的“压缩角”）非常小时，即使蒸汽压力很大，产生的旋转力矩也很小，不足以高效地驱动车轮。
低速时优势，高速时劣势： 在起步或低速时，曲柄角度变化慢，可以通过较大的蒸汽压力和相对有利的曲柄角度获得可观的驱动力。但随着车速的提高，曲柄旋转得越来越快，蒸汽的进出时机和压力变化需要与曲柄的运动精确匹配。如果汽阀开得过大，导致蒸汽在不合适的曲柄角度就进入或排出，反而会影响效率。
5. 操纵的艺术——“调校”：
蒸汽机车驾驶（称为“驾驶”）是一门精细的艺术。蒸汽机车司机（或称“火车头驾驶员”/“司炉”）需要根据路况、坡度、列车重量以及锅炉的蒸汽状况，巧妙地调整汽阀开度、节流阀（通常与汽阀联动）以及“进汽时机”（通过改变滑阀的位置来控制蒸汽进入汽缸的时间和持续长度）。
起步与爬坡： 在起步或爬坡时，需要更大的动力。司机会适当开大汽阀，并配合调整进汽时机，让蒸汽在更有效的曲柄角度内膨胀，即使这会牺牲一些效率。
高速巡航： 在平直的轨道上，以较高的速度运行时，司机会将汽阀开度调整到某个最佳点，在保证锅炉能稳定供应蒸汽的同时，让蒸汽在汽缸内进行更充分的膨胀，减少浪费。过大的汽阀开度反而会增加蒸汽消耗，降低效率，甚至可能因为蒸汽产生不足而导致速度下降。
“关住”与“放开”： 蒸汽机车司机经常会根据情况“关住”汽阀（减小开度），利用列车的动量继续前进，或者在下坡时“放开”汽阀，利用重力加速，然后再伺机调整。
总结一下：
蒸汽机车并非一个简单的“油门越大越快”的机械。汽阀开度（节气门）仅仅是控制进入汽缸的蒸汽量的一个环节。锅炉的蒸汽产生能力、汽缸的做功效率、传动系统的效率以及曲柄连杆机构的机械特性，共同决定了最终的车速。
当汽阀开得过大时，可能会出现以下情况：
锅炉“供不应求”： 蒸汽消耗速度超过产生速度，导致锅炉压力下降，动力减弱。
汽缸效率降低： 蒸汽膨胀不充分，或者排气不畅，导致能量浪费。
机械损耗增加： 运动部件的惯性、摩擦力增加。
曲柄角度失配： 蒸汽作用于活塞的时机与曲柄的运动不匹配，驱动力矩减小。
因此，蒸汽机车的速度是司炉和司机通过对锅炉、汽阀、进排气时机以及其他控制装置进行精细的“调校”，在各个环节的效率之间寻找最佳平衡点来实现的。不是简单地将“油门”踩到底就能获得最高速度，而是在理解并协调这些复杂因素的基础上，才能实现平稳而高效的运行。
网友意见
这是前进型蒸汽机车的汽机参数
这是人民型蒸汽机车的汽机参数
总的来说要想跑得快，首先要看供汽率，其次看遮断比，这两个都大才能跑得快
你确定气阀相当于油门吗？我对蒸汽机没有太多知识，但我直觉认为蒸汽机应该是蒸汽压力越大牵引力越高把
汽阀大约相当于离合器，提高锅炉供汽能力才相当于加油门。此外回动机那一块能控制遮断比也就是给汽行程占汽缸行程的比例，遮断比越大平均牵引力也越大，但是消耗蒸汽也多，如果锅炉供不上很快就没劲了。回动机这块大致相当于汽车的变速箱。因此，高速运行需要大量烧汽且遮断比设得较小，如同汽车的发动机高转速+变速箱高档位。
具体来说，是取决于锅炉供气能力。蒸汽机车的回动机构和气门要一起用（回动机控制鞲鞴行程，气门控制蒸汽流量）；回动机和阀门控制蒸汽使用率进而控制输出功而影响速度。气门/回动机开的相对较低的时候，对锅炉负荷要求低，能保持锅炉压力；反之开的越大，超过锅炉供气压力的时候，会造成锅炉压力下降，进而无法提高速度。把回动机和气门全开的话，气缸蒸汽使用量大于锅炉供气量，导致锅炉端压力下降，之后气缸压力也随之下降，所以速度很低。蒸汽机车的牵引力曲线和气门/回动机都有关系，这个是和内燃/电力牵引不一样的。具体内容可以参考原铁道部机务局的铁路机车概要，里面有对于国产蒸汽机车参数的讲解。
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