机车

机车（locomotive）是牵引或推送铁路车辆运行，本身不装载营业载荷的自推进车辆，俗称火车头。主要包括蒸汽机车、内燃机车和电力机车三大类，另外还包括燃气轮机车等，具体分为客运机车、货运机车、客货通用机车(或通用机车)、调车机车、工矿机车，客运机车主要适用于牵引旅客列车的机车。机车发展主要按照蒸汽机车、内燃机车以及电力机车先后顺序出现的。

1803年，英国工程师理查德·特里维西克（Richard Trevithick）发明了铁路蒸汽机车。1804年，理查德·特里维西克设计制造了世界上第一辆货运轮式蒸汽机车“新城堡”号，这台蒸汽机车，在结构上初步具备了早期蒸汽机车的雏形，后来，理查德·特里维西克把这种蒸汽机装在铁路马车上，出现了最早的蒸汽机车。1807年，英国人特勒维雪克制造了一辆蒸汽机车，重5吨，每小时行驶8公里，只能牵引十几吨货物。1808年，德里维斯克制造出来第一台用于客运的的蒸汽机车。1810年乔治·斯蒂芬森（George Stephenson）着手制造蒸汽机车，1812年，John Blenkinsop等人为英国北部的米德尔顿矿山设计制造了一款名为“Salamanca”号的蒸汽机车，“Salamanca”号发明后的很长一段时间，齿轨车的运用都仅限于矿山运输，“Salamanca”因此成为人类历史上最早的齿轮铁轨机车。

1814年,乔治·斯蒂芬森发明了第一台蒸汽机车。1825年乔治·斯蒂芬森第一次驾驶“动力”1号机车参加铁路运营，其轨距为四英尺又八点五英寸，即1435mm。“动力”1号拉着550名乘客，从达灵顿出发，以24千米/时的速度驶向斯托克顿，这被认为是人类历史上第一列用蒸汽机车牵引，在铁路上行驶的旅客列车。

1826年，英国在蒸汽机车牵引线路上修建了长770m的泰勒山单线铁路险道及长为2474m的维多利亚双线隧道。1828年，乔治·斯蒂芬森和他的儿子共同制造了“火箭号”蒸汽机车，平均速度达到22km/h。1829年，乔治·史蒂芬逊将铁路运营的各项要素整合起来，并在从利物浦到曼彻斯特的铁路上试验成功，随后纽约的工程师兼实业家彼得·库珀制造出美国第一台名为“拇指汤姆”的机车。

1830年，世界上第一条蒸汽机车专用的城市间公共铁路线（利物浦-曼彻斯特铁路）开通。1831年，美国首辆机车“良友号（Best Friend of Charleston）”在南卡罗来纳铁路投入营运，成为在美国轨道上成功牵引火车的首辆机车。1834年,乔治·史蒂芬逊的儿子罗伯特的工厂成功造出三轴机车，这种机车在英国等国家广泛使用。

1838年英国科学家Davidson和Aberdeen设计了一个用于推动机车运行的驱动系统。1839年,约翰·安德里亚斯·舒伯特教授制造出了第一台德国设计的蒸汽机车。1851年，塞默灵铁路采用蒸汽动力机车，成为火车历史上的一个转折点。1854年，美国机车制造商开发出一套流程来标准化机车组件的生产。1855年，日本佐贺藩精炼所的中村奇辅开始制作蒸汽机车模型并成功运转，这是日本最早的机车模型，长40厘米、宽10厘米，其中锅炉长27厘米、宽9.3厘米。1863年，世界上第一条用蒸汽机车牵引的地下铁道线路在英国伦敦建成通车。

1894年，德国制造出世界上第一台内燃机车。1913年，世界上第一台内燃机车在瑞典默雷尔斯塔·南曼兰的铁道开始营运。这台内燃机车是用75马力的6缸柴油机直接连接发电机,驱动直流电动机，采取的传动方式为电传动。

1932年，德国采用2机重联式流线型高速内燃动车开始运行，这种内燃动车是将梅巴赫公司造的功率为410马力的V形12缸柴油机安装在两端头车的驾驶室内，采用2台300 kW电动机的电传动方式，动车组最高速度达160 km/h，该列动车组被命名为“飞行的汉堡人号”，成为高速内燃动车的先驱。

20世纪20年代，德国和瑞典的液力变扭器被实用化，推进了使用液力变矩器的液体式变速机的开发。1928年开发了将液力变矩器和直联段组合的里斯霍尔姆·史密斯式变速机。1935年开发了内装多台液力变扭器的充、排油式(福伊特式)变速机，采用液体式变速的内燃机车比电气式轻，比机械式容易综合控制。1935年，德国国铁开发了1400马力的8缸柴油机与福伊特式液力变速机的液力传动内燃机车。1953年，装有2台1000马力的V形12缸柴油机的V200型液力传动干线内燃机车制造成功。

1879年，德国人西门子成功制造出实际意义上的电力机车，标志着电力机车的诞生。该车由150负直流发电机供电，能运载20名乘客，时速12千米，同年在柏林贸易展览会上，西门子驾驶这辆电力机车首次成功运行，电力机车正式发展。19世纪70年代初期，经合组织(OECD)国家中大约2/3客运铁路交通能源是靠柴油发动机车提供，而其余的1/3是电力机车提供动力。

1881年西门子生产了世界上第一辆用于公共交通的有机电车。19世纪80年代左右的电力机车阶段，所采用的牵引控制主要是直流供电方式。

20世纪60、70年代，美国GM公司、GE公司和机车公司、法国Alstom公司和前苏联设计生产了多种八轴内燃机车和电力机车用于牵引重载货物列车和高速客运列车。20世纪60年代，法国开始研究能在2种不同电压下运行的电力机车，阿尔斯通公司最早开发了双流制机车，并应用接触网为其提供牵引电能。20世纪80年代初，交流传动技术开始应用于电力机车，并取得了快速发展。20世纪90年代开始，世界发达国家已停止生产整流器式(即交-直传动)电力机车，只生产交-直-交传动电力机车。

21世纪，电力机车发展进入了技术革新的全新时代，各国都大力发展高速铁路，高速列车技术发展迅速。

最早燃气轮机车采用的是复式燃气轮机。

1933年，瑞典率先制造了一台480 kW的自由活塞燃气轮机车及一台950 kW的连杆活塞燃气轮机车。

1941年，瑞士制造了功率为1,620 kW的开式燃气轮机车。

1951年，法国先后制造了735 kW和1770 kW的自由活塞燃气轮机车并投入运行。

1954年，苏联制造了一台2210 kW的自由活塞燃气轮机车。

1948年到20世纪50年代末，美国制造了多批次燃气轮机车，功率分别为2980 kW、3580 kW和6384 kW。

20世纪60年代至70年代，中国试制了2210 kW和2940 kW的燃气轮机车，并进行了多项试验。

蒸汽机车结构示意图

机车车体是指内燃、电力机车转向架之上的车厢部分（也称上部结构），机车车体结构包括全尺寸车厢、车头罩、设备舱等。车体机车车体主要由司机室、底架、侧墙、后端墙、台架、地板、活动顶盖、车钩缓冲装置等组成。机车车体侧壁结构一般由内部骨架和外部蒙皮组焊而成，侧壁骨架一般由型钢或压型件拼焊而成，车体是机车的骨架，它既是各种设备，如柴油机、传动装置、大型电气设备和各种辅助机组的安装基础，又要传递各个方向的力。

机车车架按承受载荷的方式可分为车架承载式车体和整体承载式车体2种。车体根据外形分外走道式(罩式)和内走道式56(棚式)”。现代的机车技术对机车车体结构的要求很高，其要求有需要足够的空间对机械和电气设备进行安装，能够承受动荷载、静荷载和传递牵引力，在事故中对驾驶者的安全提供保护，尽可能的减轻重量，外形符合空气动力学原理等。

转向架机车车体的主要组成部分，为列车平稳行驶提供保障，因而需要较高的强度及耐疲劳性能。牵引座作为机车上的一种牵引装置，承担了机车车体与转向架之间的纵向作用力，因此牵引座的故障将直接影响到机车的安全运行。构架作为机车转向架的骨架，起到“固定轴距、承载传力、安装联系”的作用，是转向架的关键结构，也是联系机车车体和轮对轴箱最重要的部件。轴箱拉杆作为铁路机车转向架的重要组成部件，连接构架与轴箱,实现了轮对的柔性定位，在机车运行过程中起到传递牵引力(制动力)和部分横向力的作用,其性能参数直接影响转向架的运行稳定性和平稳性等机车动力学性能。

车钩又叫车钩缓冲装置，机车与车辆间以及车辆与车辆间通过车钩缓冲装置连接。车钩缓冲装置是机车车辆的基本配置，包括车钩、缓冲器、手动开钩机构等，可实现车钩的连挂，并可实施手动操作。在列车运行中传递牵引力和缓解冲击力，在车辆运输中起着非常重要的作用。

牵引梁是机车车辆底架的重要部件，是纵向、横向载荷的主要承载件。牵引梁用于安装车钩缓冲装置，传递机车车辆纵向力。

牵引齿轮作为机车驱动装置的重要组成部分，是进行机车方案设计时首要的考虑因素，牵引齿轮的性能和几何尺寸将会影响整个机车的方案设计。机车的牵引系统是指用于传输动力并驱动车辆运行的关键部件。它包括了多个组成部分，主要由电力机车或柴油机车的动力装置、传动装置、牵引电机和牵引控制系统等组成。

动力装置是机车牵引系统的核心，它提供动力给机车。对于电力机车来说，它通常由交流或直流发电机组成，将机械能转化为电能。而柴油机车则采用柴油发动机作为动力装置。

传动装置用于将动力从动力装置传递到车轮上。对于电力机车来说，传动装置一般是通过齿轮、链条或传动轴等机械方式实现。而柴油机车通常采用传统的液力传动系统或机械传动系统。

牵引电机是机车牵引系统中的关键组件，它将电能或机械能转化为牵引力，驱动车辆行驶。牵引电机通常安装在车轮上，通过传动装置将动力传递给车轮。牵引电动机是电力机车的核心工作原理，它为电力机车驱动车轮，外界的电力是它的驱动能源。电动机车使用牵引电动机作为它的驱动车轮。接触网电力机车动力来源，因此电力机车所到之处必须要有接触网，然而由于动车运用所内各部位的设备构造特殊性，为满足动车组供电需要，动车所内接触网也根据动车运用所不同功能部位的结构特殊性、供电的安全可靠而采用更加复杂的接触网结构。

牵引控制系统用于控制机车的牵引力和速度。它接收来自司机操作台的指令，并根据需要调整牵引电机的输出功率和转速，以实现精确的牵引力和速度控制。作为机车柴油机核心装置——柴油机控制单元(ECU)极为重要，其是一种以微处理机为操作介质的控制系统，应用传感器全面监测柴油机运行状态，实施精准的质量研判，必要时采取保护措施。在内燃机车起动时，为了保证机车的平稳运转，必须由传动轴与发动机联接。通常都是发动机和电机驱动，通过轴系的各部件紧密地连接在一起，从而驱动内燃机车。发动机的传动轴并不是单独的，它必须与其它的轴、齿机构配合起来，才能起到传动的作用。

随着欧盟统一铁路运输市场措施的颁布，明确了欧洲铁路货物联运发展方向，后续新造调车机车大部分符合TSI的要求，通常都开发了多流制牵引系统，能够兼容欧洲不同国家接触网供电制式，实现跨国运输，极大地提高了机车的适用性。

机车的辅助系统是为了满足机车运行过程中其他功能需求而设计的系统。机车辅助系统的作用是为机车牵引以及制定提供有效保障，机车辅助系统的质量对于机车的有效运行会产生较大的影响。一般来说内燃机车辅助传动系统是在内燃机车运用中驱动辅助机械及电气设备工作的,通常具有辅助系统供电、主发电机励磁供给、牵引电机的通风、机车内部的通风、冷却风扇的驱动以及空压机的驱动等功能。

列车供电系统为车厢提供电力，用于驱动车厢内的照明、空调、冷藏设备等。在电力机车中，列车供电系统通过接触网或第三轨供电，将电能传输到车厢中。

制动系统用于控制机车的减速和停车。常见的制动系统包括空气制动和电力制动。空气制动使用空气压力来操纵制动装置，电力制动则利用牵引电机的反馈能量来实现制动。制动系统是保障列车安全的重要组成部分，关系到列车运行中的安全性及可靠性。随着列车长度的变化，制动特性发生相应变化。制动特性直接影响到列车的纵向冲动，制动缸充气特性和制动波传播特性是影响列车纵向冲动的主要因素。制动缸充气特性和制动波传播特性与列车管参数密切相关，因此，列车管路直接影响列车的纵向冲动。制动系统在机车的正常运行过程中有着重要作用，如果基础制动系统一旦失灵，将对列车运行的安全性造成严重危害。

空调系统用于调节机车和车厢内的温度和湿度，提供乘车舒适性。它通常包括空气循环系统、温度控制和空气过滤等功能。

通信系统用于机车与列车调度中心、车站和其他列车之间的通信。它包括无线电通信设备、信号系统和列车位置跟踪系统等，以确保有效的信息传递和列车运行安全。动车所内部的无线通信系统承载了调度通信、机车综合无线通信设备出/入库检测等行车和维护相关业务，对保障动车组列车和动车所正常运行具有重要作用，因此动车所内需要保证高质量的无线通信。

监控系统（STP）用于监测机车和列车的各项参数和状态。它可以包括故障诊断系统、车载视频监控系统和车载数据记录器等，以便及时发现和处理故障，并提供数据支持和安全保障。

机车车辆的设计制造工艺包括调试、总装、车体制造等，各个工艺相辅相成，每种工艺都很重要。机车车体制造领域，螺柱焊连接技术作为一种特殊的连接技术已逐步得到推广应用。整体承载式车体与铁路电力机车车体结构类似，车体制造技术已十分成熟稳定。机车车辆关键基础件加工领域采用可切割铜、铝等有色金属能够实现更高效、快速精确加工，尤其是在不锈钢车体制造、转向架制造、机车内饰钣金件加工中扮演着重要角色。铝合金具有比强度高、热稳定性好、耐腐蚀、机械加工性能优良以及可再生性好、资源丰富等一系列优点，近年来在机车车体制造中得到了广泛应用。中国蓝箭机车的车头盖是用一种复合材料制作，这种材料重量轻、强度高、阻燃性好，代表着未来车体制造的发展趋势。

蓄电池技术以及应用技术的进步，成本的不断下降，能量密度的持续提升，电池空间、重量的降低，使得动力电池在轨道交通机车车辆装车成为可能，动力电池在轨道交通机车上的装车，尤其是在内燃机车上的应用,具备明显的优势，一方面可以补充内燃机车柴油发电机组动力的不足，大幅降低柴油机装车功率要求，机车设计可以选择小型柴油机降低排放。蓄电池技术发展，其使用寿命得到延长、成本降低，使用该混合动力机车经济效益将更加明显。

伴随着锂离子蓄电池技术的不断创新发展，蓄电池单轨吊机车的使用性能及续航能力会变得更加优越。

在铁路运输中电力牵引已经替代内燃牵引成为主导方式，中国、俄罗斯、德国、日本、法国等电气化铁路里程占比已经超过50%。在轨道交通行业，随着电力机车的发展与应用，电力牵引控制成为了轨道交通的核心技术之一。电力机车及动车组上的电力牵引系统一般由受电弓、单相工频牵引主变压器、牵引变流器、牵引电机等部分组成。电力机车及动车组上的电力牵引系统一般由受电弓、单相工频牵引主变压器、牵引变流器、牵引电机等部分组成。

牵引变电所是电力牵引的专用变电所，其把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，并分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电。大容量微处理器的应用为交流传动电力牵引控制提供了优越的硬件条件，加之软件技术的不断发展,现代交流传动机车(列车)的控制系统日趋完善。中国电力牵引控制技术重点是开发30t轴重载电力机车、现代有轨电车等。2020年德铁线路的电气化率为61%，高于欧盟54%的平均水平，鉴于铁路电力牵引完成的工作量占比已达74%，德国政府将在全面评判电气化工程的成本和收益后，对繁忙干线进一步实施电气化改造，让德国铁路总体电气化率到2025年提高至70%,2030年达到75%。

国外新能源机车为适应内燃机车发展的新要求，欧美等国家采用小功率高速柴油机和动力电池的混合动力技术，开发了平台化的系列产品，其代表为ALSTOM公司研制的Prima H3型机车和Prima H4型机车。从混合动力技术和应用情况来看，双动力源机车和动车组通常都是在成熟电力机车或动车组的基础上集成柴油机组，油箱容积大多为4000L以内，主要应用于调车任务和短距离干线旅客运输，中国正在研制适用于牵引长距离普速旅客列车的混合动力机车，在六轴电力机车平台上进行柴油机的集成。

蒸汽机是靠蒸汽的膨胀作用来作功的，当司炉把煤填入炉膛时，煤在燃烧过程中，它蕴藏的化学能就转换成热能，把机车锅炉中的水加热、汽化，形成400℃以上的过热蒸汽，再进入蒸汽机膨胀作功，推动汽机活塞往复运动，活塞通过连杆、摇杆，将往复直线运动变为轮转圆周运动，带动机车动轮旋转，从而牵引列车前进。

内燃机车以内燃机为动力源的机车，由于机车需要产生的功率较大，所以绝大多数的内燃机车采用的动力源是柴油机。

从动力源（柴油机）发出的功率变成为能够牵引列车的牵引力，中间须有一个传动装置。当今世界内燃机车的传动装置基本有三种类型，即机械传动、电传动和液力传动。机械传动方式弊端较多，20世纪70年代以后逐步被淘汰。电传动方式又分为直－直传动方式、交－直传动方式和交－直－交传动方式三种。

液力传动方式是用一套液力传动装置，将柴油机产生的功率分别传至每个动轮车轴上的齿轮，以驱动动轮滚动。液力传动装置中最重要的元件是液力变扭器，是个箱形装置，里面充满工作油，当柴油机高速旋转时，带动液力变扭器里的泵轮叶片旋转，使工作油得到高压、高速能量，再传送给与机车动轮相连接的涡轮，产生牵引功率。

电力机车是以外部电源、电力驱动的机车。1842年，苏格兰人戴维森制成了用电池供电的电力机车，但技术不过关，未能用于实际的牵引列车。1879年，德国人西门子成功制造出实际意义上的电力机车，标志着电力机车的诞生。电力牵引的完整系统，包括外部电源、牵引变电所、接触网及其支撑构件、电力机车等。外部电源经变压后将电能送至接触网，电力机车的受电弓将接触网上的电能吸收到机车上，通过控制电路送至牵引电动机，牵引电动机的转矩驱动机车动轮，产生牵引功率。

接触网的电流制有直流和交流两种。电力机车的传动方式因电流制的不同而分为三种。直一直传动电力机车采用直流制供电方式。牵引变电所的整流装置将外部电源的三相交流电变成直流电后送到接触网上，机车从接触网接收直流电流并供给直流串励牵引电动机。

这种制式缺点较多，一是接触网电压较低，接触网导线要求相对较粗，消耗有色金属较多；二是长距离直流输电，电热消耗大，效率低下。这种制式出现于电气化铁路的前期，苏联和东欧些国家在20世纪50-70年代曾采用这种制式，后来逐步改造成交流供电方式。交一直传动电力机车采用交流制供电方式。牵引变电所将外部电源的三相高压电流改变成25kv工业频率的单相交流电后送到接触网上，由机车上的受电弓将接触网上的交流电接收后通过主变压器变成直流电，然后将直流电流送到直流牵引电动机产生牵引功率。此种制式由于提高了接触网的电压，电热耗损下降，导线直径相对较小，可以减少投资和电热消耗。世界多数国家基本都采用这种制式。交一直一交传动电力机车采用的是无整流子的交流牵引电动机，具有牵引性能优异、可靠性高、节能效益好、全寿命、低成本等优点。中国和谐系列大功率交流传动电力机车采用的就是这种先进技术。

国际上混合动力机车应用以“内燃动力包+储能电源”内电混合动力机车为主。1986年，捷克斯洛伐克Ckd praha公司研制了世界上首台混合动力机车。随后，多国铁路公司和机车制造商通过改造既有内燃机车开展相关技术研究与应用验证，如加拿大RailPower公司的GG20B型内电混合动力机车和美国通用电气公司的ES44AC型混合动力机车。

由于燃油经济性和污染物排放等方面的突出优势，内电混合动力机车得到广泛应用，如日本东芝公司的HD300型，以及法国阿尔斯通公司的Prima H3和Prima H4型内电混合动力调车机车。2018年，中国中车株机公司研制的满足TSI标准的DB汉堡调车机车交付用户。

电混合动力机车技术参数
机车型号	TA436.05	GG20B	HD300	Prima H3	Prima H4	DB 汉堡	DB CARGO
制造商	Ckd praha	RailPower	东芝	阿尔斯通	阿尔斯通	中车株机	中车株机
轴式	B0-B0	B0-B0	B0-B0	A-A-A	B0-B0	B0-B0	B0-B0
内燃动力包功率 /kW	189	200	242	350	895	350	600
储能电源储能量 /kWh	172.8	768	67	350	600	75	100
启动牵引力 /kN	161	-	199	240	300	100	180
最高速度 /(km ·h-1)	65	96.5	45	100	120	80	100

电混合动力机车技术参数
机车型号	CKD6E5000	CKD6E6000	HXN6	FXN3D
轴式	B0-B0	B0-B0	C0-C0	C0-C0
内燃动力包 功率 /kW	600	570	1250	1250
储能电源 储能量 /kWh	280	550	1100	693 (钛酸锂电池)  1215(磷酸铁锂电池)
启动牵引力/kN	350	480	560	-
最高速度 / (km ·h-1)	80	80	100	100

在“氢燃料电池+储能电源”氢电混合动力机车方面，2007年美国伯灵顿北方圣菲铁路公司 (BNSF)与总部位于科罗拉多州的车辆项目公司研制了世界首台氢能源混合动力机车，配置2套总功率为250 kW的质子交换膜燃料电池(PEMFC)，以及1组铅酸蓄电池，如图2所示。2021年，加拿大太平洋铁路公司通过网络展示了H20EL型氢能源货运机车，计划于2022年投入运营。

BNSF 氢能源混合动力机车及其设备布置示意图

“受电弓+储能电源”电电混合动力机车方面，阿尔斯通Prima H4机车平台的H4 Bi-mode battery车型，弓网供电模式车辆总功率为1600kW，蓄电池供电模式总功率为600kW；2021年，中车株机公司出口匈牙利的电电混合动力调车机车，弓网供电模式和蓄电池供电模式的功率分别为850kW和400kW。

  匈牙利电电混合调车机车

热力机车是以热力发动机作为原动力的机车，主要包括以蒸汽机为原动力的蒸汽机车、以汽轮机为原动力的汽轮机车、以柴油机为原动力的内燃机车、以燃气轮机为原动力的燃气轮机车等。这几类机车都是自带能源的机车（自给式机车），能独立地行驶。但是机车重量受到轴重约束，机车外形尺寸受到铁路限界的限制，因而装于机车内的动力装置的重量和尺寸也不能过重，随着燃料的不断消耗，机车自身的黏着质量也在不断减轻，一定程度上会影响到黏着牵引力，从而限制了机车牵引力。

1. 铁路交通：机车广泛应用于铁路交通领域，作为牵引车辆驱动列车行驶。从城市轨道交通到高速铁路，机车在现代铁路系统中发挥着重要作用。发展方向包括提高运行速度、增强运行效率、提供更舒适的乘坐体验等。挑战包括能源效率、安全性和环境影响等方面的持续改进。

2. 货运运输：机车被广泛应用于货物运输领域，如铁路货运、港口物流等。机车的高牵引力和承载能力使其成为长途和重载货物运输的重要工具。发展方向包括提高货运效率、优化物流链条、减少运输成本等。挑战包括物流规划、运输安全和减少运输时间等方面的优化。

3. 旅游和观光：机车在旅游和观光领域也有广泛应用，如蒸汽火车、观光列车等。机车的独特魅力和历史价值吸引了许多游客和铁路爱好者。发展方向包括开发创新的旅游线路、提供丰富的体验和增加环境保护意识。挑战包括保护历史机车、提供多样化的旅游服务和平衡开发与环境保护之间的关系。

1. 工业和矿山：机车在工业和矿山领域中被广泛应用于运输和搬运任务。例如，在大型工厂和矿山中，机车用于内部货物运输和物料搬运。发展方向包括自动化和智能化的运输系统、提高生产效率和降低成本。挑战包括适应多样化的运输需求、确保安全性和可靠性等方面的要求。

2. 军事和国防：机车在军事和国防领域具有重要应用，用于军事装备和物资的运输、部队机动性的增强等。发展方向包括适应复杂战场环境的需求、提高机车的机动性和适应性、加强信息化和网络化的军事机车系统等。挑战包括保证军事机车的安全性和可靠性、应对多样化的作战需求和适应战略变化等。

3. 基础设施建设：机车在基础设施建设领域中扮演着重要角色，如铁路线路的施工和维护、道路建设中的材料运输等。机车的高承载能力和适应性使其能够在复杂的工程环境中发挥作用。发展方向包括提高施工效率、降低运输成本、采用环保和可持续发展的工程机车等。挑战包括工程现场安全、施工时间控制和合理规划运输路线等方面的考虑。

现有机车辅助驾驶(或自动驾驶)技术现有的辅助驾驶(或自动驾驶)系统，在城轨、地铁、城际铁路上已有正式应用，但只是限于部分线路；而机车的辅助驾驶系统，世界各大机车公司均在进行研究，也有部分公司在进行了相关试验，但目前阶段尚未查询到正式运行的机车辅助驾驶系统的相关信息。

纵观全球机车领域,辅助驾驶(自动驾驶)系统已成为新的发展方向。目前欧洲铁路正在大力推广ETCS系统，但是受限于欧洲各国的铁路基建水平不同，推进进度较慢，相对应的ETCS+ATO技术的推进也较慢。而中国国家铁路集团也在积极推进高速铁路的智能化和普通机车的辅助驾驶技术，目前的京张高铁，已成为首条智能化的350km/h级别的高速铁路。同时普通铁路机车的辅助驾驶系统规范也在积极推进制定当中。

根据电力机车在辅助驾驶、智能检修及无线传输等技术的发展现状，以及中国外对电力机车的功能需求分析，未来针对电力机车的发展将会趋向于更智能化、更人性化和更节能的方向。针对该发展方向，电力机车智能控制与运维系统将是未来的发展方向,该系统拥有辅助驾驶、智能检修和无线传输的功能，并将各系统进行了综合应用，以使其功能更加强大，并且在机车运行、维护、检修、故障处理等方面更加方便及便捷，更能贴合用户的需求。

2020年３月，德国国家租赁公司（SFBW）制订计划，准备采购由西门子公司生产的２０台MireoPlus电力机车。此型机车装备了牵引蓄电池。近几年来，替代柴油机列车，使用了各种备选能源：自备柴油机和生态环保电力牵引的机车车辆出现在德国的许多地区，如莱茵－美茵、施勒斯维希霍尔施坦因、中萨克森和下萨克森等等地区。除了由蓄电池供电的电力机车外，西门子公司与加拿大BallardPowerSystems公司合作，共同研制以MireoPlus结构平台为基的、以燃料电池供电的机车。

可广泛应用于不同环境，满足电气化线路/非电气化线路的跨线运行需求，实现机车“最后一公里”自主牵引，提高转运效率，提升非电气化线路的运行能效、降低排放，是推进轨道交通运输体系低碳化发展的重要技术。

2024年1月1日，由国家铁路局组织编制的《铁路机车车体 第1部分：内燃机车》等3项铁路国家标准将正式实施。《铁路机车车体 第1部分：内燃机车》（GB/T 25334.1-2023）和《铁路机车车体 第2部分：电力机车》（GB/T 25334.2-2023）对铁路内燃机车和电力机车车体的环境条件、车体组成、技术要求、试验方法、检验规则做出了明确规定，该规定适用于标准轨距（1435mm）铁路的新造内燃机车和电力机车车体。机车车体是机车的重要组成部分，是机车设备的安装基础，该标准首次纳入了车体内部件及其连接装置的载荷要求，对确保车内部件安装牢靠、保障机车稳定运行具有重要意义。

《轨道交通 轨道车牵引系统用铅酸蓄电池组》（GB/T 43054-2023）规定了轨道车牵引系统用铅酸蓄电池组的环境条件、系统组成、技术要求、试验方法、检验规则，适用于城市轨道交通轨道车主动力牵引系统用铅酸蓄电池组，其他轨道车的动力牵引系统用铅酸蓄电池组可参照执行。铅酸蓄电池组是轨道车动力源的核心部件，该标准填补了轨道车牵引系统用铅酸蓄电池组标准的空白，为轨道车的高效节能、绿色环保提供技术支撑。

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