塔式結構
[拼音]：jiche
[英文]：locomotive
牽引或推送其他鐵路車輛運行於鐵路上，本身不裝載營業載荷的自推進車輛，俗稱火車頭。機車是鐵路運輸的重要工具。
機車是利用蒸汽機、柴油機、牽引電動機或其他動力機械產生的動力，並通過機車傳動裝置驅動動輪（驅動輪），藉助動輪和鋼軌之間有一定的粘著力而產生推動力即機車牽引力。機車產生的牽引力克服列車阻力，可拖動比它自身重量大10倍或20倍以上的車列。通過列車牽引計算，可求得某一機車能牽引車列的總重量。要提高機車牽引力，就要相應地增加機車粘著重量（機車所有動輪作用於軌道上的重量）。然而決定粘著重量的機車軸重（一根動軸上的兩個動輪垂直作用於軌道上的重量）是有限度的。如果超過軸重限度，就要增加軸數。因此，軸數是機車的重要引數，由各種軸陣列成的車軸排列式可以表徵機車的效能和用途。
機車或列車在軌道上執行，必須能隨時減速或停止執行，所以在機車和鐵路車輛上都裝有制動裝置（見列車制動裝置），由司機操縱。此外，還可以利用機車動力裝置、傳動裝置或牽引電動機的逆動作所產生的阻滯作用輔助制動裝置工作（見機車動力制動）。
機車或列車執行時，車輪壓在軌道上滾動，而車輪和軌道都是彈性體，都會產生彈性變形，不可能有真正的圓形和平直的線或面。每輛車在運動中的速度不完全一致，車鉤緩衝裝置動作也不一致，機車車輛在運動中產生不平衡的力，制動時產生不同的制動力，以及列車通過曲線線路等這些複雜因素，加上外界氣流紊動的影響，都會使機車或列車產生垂向、橫向和縱向振動。因此，產生的機車車輛縱向動力，對機車車輛車架、車體和車鉤緩衝裝置都有影響。在列車和軌道之間產生的輪軌相互作用的動作用力，影響轉向架、輪對和鋼軌的使用壽命。
在陸地運輸工具中按運送每噸公里消耗燃料量計，機車消耗能源較少。機車的費用卻在鐵路運營費用中佔頗大比重。為了發揮機車的最大經濟效益，各國鐵路企業都制訂有機車運用管理和機車檢修的制度。
發展概況
最早發明的機車是蒸汽機車，它利用蒸汽機代替畜力牽引軌道上的車輛。以後出現的各種機車也是在新型動力機問世後研製出來的。繼蒸汽機車之後依次出現的幾種機車是：電力機車、柴油機車、燃氣輪機車。
1804年英國人特里維西克創造出第一臺蒸汽機車。1929年製造的“火箭”號機車奠定了現代蒸汽機車的基本形式，後來在構造和效率方面作了不斷改進。為適應運輸需要製造出各種用途的蒸汽機車，又不斷向大功率、大牽引力和高速度發展，到20世紀30～40年代達到高峰。
1879年首次製成應用第三軌供直流電的小電力機車。19世紀90年代有些國家便在地下鐵道、大城市市郊鐵路和幹線長隧道區段應用電力機車。到20世紀20年代末，不少國家已有電氣化鐵路，大多采用架空的接觸網供直流電。50年代，大功率引燃管式整流器和60年代大功率半導體整流器件問世後，工業頻率交流電力機車得以迅速發展。這種機車功率增大，效能顯著改善，雖然基本建設投資較大，但經濟效益高，可以用在運輸繁忙的電氣化鐵路幹線上。
1923年柴油機車製成試用，1925年正式應用。初期因柴油機功率不大，多用於調車作業；後來有了1000千瓦左右的機車用柴油機，便製造出幹線用機車，由兩節或多節聯掛。從運用結果表明它比蒸汽機車優越。50年代就迅速推廣開來，功率也逐漸增大。
1941年製造燃氣輪機車，1943年首次在鐵路上運用，有少數國家在做試驗性運用或小批量正式運用後停用。雖未大量採用，但有發展前途。
蒸汽機車構造簡單，成本低廉，堅固耐用，在鐵路上原占主導地位。但因經濟效益不高和排煙汙染環境而逐漸被柴油機車和電力機車取代。美國於1960年，英國於1968年，法國於1972年，日本於1975年，聯邦德國和蘇聯均於1977年相繼停用。雖有不少國家仍在使用，但擔負的運量比重日益縮小。
分類
機車可按所採用的動力裝置、用途和走行部形式分類。
按動力裝置分類
可分為兩類。
（1）熱力機車：所裝的原動機屬於熱機，如蒸汽機車、柴油機車、燃氣輪機車等。這類機車都攜帶燃料和水，是自帶能源的機車，能獨立地行駛，只要有合適的軌道和新增燃料與水的裝置，就能執行。但機車重量和外形尺寸分別受軸重和鐵路限界的約束，不能造得過重過大，因而裝於機車內的動力裝置的重量和尺寸也受到約束。
柴油機和燃氣輪機均屬內燃機，裝用這兩種原動機的機車稱為內燃機車。柴油機車按裝用的傳動裝置的傳動方式，又可分為機械傳動柴油機車、電力傳動柴油機車和液力傳動柴油機車；燃氣輪機車也是如此。
（2）電力機車：一種由外部電站輸給沿鐵路的變電所，再經軌道上空的接觸網或鋪設於軌道一側的第三軌供給電能的機車。供電容量不受額定功率限制，因此，它具有功率大，短時過載能力強，執行速度高，加速快，牽引力大，沒有排煙排氣汙染環境等優點，適用於運輸繁忙或坡度大、隧道長的鐵路線上，尤其適用於大城市城郊運輸和地下鐵道運輸。但這種機車只能運行於架有接觸網或鋪設第三軌並供電的線路上，不如熱力機車機動靈活。電氣化鐵路還對附近電信通訊有干擾。因為要架設接觸網或鋪設第三軌以及每隔一定距離設定變電所等，所以基本建設投資較大。
按用途分類
可分為五類。
（1）客運機車：牽引客車車列的機車，須有較高的執行速度和起動加速度，並能作長距離執行，但牽引力不一定要很大。
（2）貨運機車：牽引貨車車列的機車，須有相當大的牽引力，能作長距離執行，但執行速度不必很高。
（3）客貨通用機車（或通用機車）：牽引重的（輛數多的）客車車列或較輕的快速貨車（裝鮮活貨、冷藏貨等）車列，其效能介於客運機車和貨運機車之間。
（4）調車機車：在車站內或編組站（場）用於車列的解體和編組，如牽出、轉線和車輛的取送等作業的機車。這種機車起動和停車頻繁，正向和反向行駛頻繁，應有足夠的粘著重量、牽引力、起動加速度，必要的功率和良好的換向效能，執行速度可更低些。調車機車有站內調車機車和編組站調車機車兩種。前者適用於車站進行客車車列或部分貨車車列的摘掛和牽出作業，也適用於工礦企業廠內運輸，所需功率較小；後者適用於編組站（場）進行車列解體、編組和牽出作業，也可兼作短途運輸。
（5）工礦機車：擔任採掘、冶金、石油、化工、森林等企業內部運輸和工廠內部運輸的機車。一般說功率比鐵路幹線用的機車小，速度要求也不高，但須有足夠的牽引力。在某些特殊工廠運輸用的機車還須有防火、防爆等設施。為此，有幾種專門設計的機車，如：壓縮空氣機車，以壓縮空氣貯氣罐代替蒸汽機車鍋爐，將壓縮空氣降壓輸至汽缸工作;無火蒸汽機車，又稱蓄蒸汽機車，實際是無火箱的常規蒸汽機車，是將有一定壓力和相應溫度的飽和蒸汽和飽和水儲於保溫的鍋爐內降壓輸至汽缸工作；蓄電池機車，自身攜帶蓄電池供電給牽引電動機來驅動車輪的電力機車。
按走行部形式分類
可分為兩類。
（1）車架式機車：機車的動軸以固定位置裝於剛性車架。蒸汽機車的動力通過搖桿、連桿驅動各動輪；不少小型柴油機車的動力是通過變速齒輪箱輸出齒輪軸兩端所裝的曲拐銷以連桿驅動動輪。這種走行部有結構簡單、造價低廉等優點。但固定軸距（裝在剛性車架上的最前軸和最後軸按軸心計算的水平距離）長，通過曲線線路較困難，不宜於高速行駛，因此蒸汽機車的動輪前部裝有導輪轉向架，後部裝有從輪轉向架，但這種機車仍屬車架式機車。
（2）轉向架式機車：機車車架兩端各由一臺可平旋的轉向架支撐。兩臺轉向架與車架相連線，並將動輪產生的輪周牽引力傳遞給車架和車鉤。電力機車、柴油機車和燃氣輪機車都採用這形式。每臺轉向架可裝2～4根軸，一般裝2～3根軸。轉向架各軸通常均為動軸，電力傳動機車的動軸幾乎都是單獨驅動的，只有單牽引電動機車轉向架和液力傳動機車轉向架的動軸是聯動的（成組聯合驅動的）。機車各轉向架都可沿曲線線路平轉，固定軸距短，易於通過曲線線路，加之彈簧懸掛系統完善，因而執行平穩，利於高速行駛。
車軸（輪）排列式
簡稱軸（輪）列式，用簡單符號標出機車走行部結構特點，從而能表示出機車的主要效能和用途。這種標示方式使用簡便，為各國鐵路所採用並定有專門標準。標示符號用一組阿拉伯數字，或大寫拉丁字母，或兼用數字和字母，按裝於一剛性構架（車架或轉向架）中固定位置的車軸(輪)數，劃分成組組成。符號自左向右依次表示機車從前到後各組車軸（輪）數。
車架式機車軸（輪）列式表示方法
多用於蒸汽機車，常用的有三種。
（1）按各組軸數用數字表示，各組數字之間加一短橫線，採用此法的有中國、蘇聯、法國等國。
（2）形式與①相同，只是將軸數改為輪數，採用此法的有英國、澳大利亞和美洲國家，以及亞洲和非洲的一些國家。
（3）按各組軸數，以數字表示導軸和從軸（非驅動軸）數，以字母順序表示動軸數，採用此法的有聯邦德國和歐洲其他一些國家。符號排列順序是：
導軸（輪）數-動軸（輪）數-從軸（輪）數如果機車只有1根導軸和4根動軸，而無從軸，用上述三種方法則分別列成：1-4-0，2-8-0，1D。又如關節式機車的前車架有1根導軸和4根動軸，後車架有4根動軸和2根從軸，則分別列成:1-4+4-2或者1-4-4-2，2-8-8-4，1D-D2。
轉向架式機車軸列式表示方法
各國都按每臺轉向架的軸數表示，兩轉向架軸數之間加一短橫線劃分，常用的有兩種表示法。
（1）用數字表示動軸數和非動軸數。
（2）以字母順序表示動軸數，以數字表示非動軸數。數字或字母有註腳“0”者表示每一動軸均為單獨驅動，數字或字母上方加撇號“′”或無註腳者表示動軸為聯動。北美洲國家的轉向架式機車都是單獨驅動的，所以無需加註腳或撇號。符號排列順序是：
前轉向架軸數－後轉向架軸數如機車由兩臺 3根動軸單獨驅動轉向架構成，則分別表示為：30-30，C0-C0或C－C(美洲國家)；同樣機車如為聯動軸轉向架（液力傳動的或單牽引電動機的），則分別表示為:3-3或3′-3′，C′-C′。又如一機車由兩臺3軸轉向架構成，但每臺轉向架中間的一根軸為非驅動軸，則分別表示為:10110-10110，A01A0-A01A0或A1A-A1A。
機車用途與動輪直徑的關係
蒸汽機活塞(韝鞴)的平均速度是有限度的，所以需要改變動輪直徑來滿足對機車最高速度或牽引力要求。客運蒸汽機車一般用 3根聯動軸，客、貨通用機車用 4根聯動軸，動輪直徑較大，約為 1.650～2.000米，最大的達到2.133米(84英寸)以提高速度;導輪用2軸轉向架，以利高速執行時平穩安全地通過曲線線路；從輪軸數視鍋爐大小而定，常用1～2根軸。貨運蒸汽機車一般由4～5根動軸以增加粘著重量來保證發揮大牽引力，如果要求有更大的牽引力，就要用動軸更多的關節式機車，動輪直徑小些，約為1.350～1.750米；導軸和從軸一般各為1根，更大型的也有用各為 2根軸的。調車機車速度低，為了充分利用粘著重量，一般沒有導軸和從軸。工礦機車的軸列式同小型貨運機或調車機車相似。
不同用途的電力機車和柴油機車等不是以動輪直徑大小來區分，而是用各自國家所定的一兩種標準尺寸，因為只要改變車軸傳動齒輪比，就可獲得所需的最大速度或牽引力。從執行品質著眼，客運機車最好用 2軸轉向架；大功率的重機車可用3軸轉向架。貨運機車一般用3軸轉向架，功率和牽引力更大的可用4軸轉向架。調車機車和工礦機車可根據所需牽引力和允許軸重採用2軸、3軸或4軸轉向架機車。上述各種用途的機車可分別組成4軸、6軸或8軸機車。
機車牽引方式
一般牽引方式是用 1臺機車在車列前端牽引。列車在陡坡道向上行駛而機車牽引力不足時，可在列車尾部加掛補助機車推送，以通過困難區段。用增加列車重量來提高運輸能力時，可用雙機重聯（兩臺機車聯掛）甚至多機重聯牽引列車。電力機車和柴油機車多機重聯使用時，可由最前面的 1臺機車的司機集中同步操縱，後面的機車不需司機操縱。蒸汽機車就做不到這一點，而且後面機車的牽引力還要折減。這也是電力機車和柴油機車優於蒸汽機車的地方。北美鐵路除普遍使用多節柴油機車重聯牽引外，還在一些鐵路上使用“被控”重聯機車，置於列車全長約2/3處，由列車司機在首部機車司機室內用無線電遙控。這種列車長度通常可達250輛貨車。