機車

機車（locomotive）是牽引或推送鐵路車輛運行，本身不裝載營業載荷的自推進車輛，俗稱火車頭。主要包括蒸汽機車、內燃機車和電力機車三大類，另外還包括燃氣輪機車等，具體分為客運機車、貨運機車、客貨通用機車(或通用機車)、調車機車、工礦機車，客運機車主要適用于牽引旅客列車的機車。機車發展主要按照蒸汽機車、內燃機車以及電力機車先后順序出現的。

1803年，英國工程師理查德·特里維西克（Richard Trevithick）發明了鐵路蒸汽機車。1804年，理查德·特里維西克設計制造了世界上xxx輛貨運輪式蒸汽機車“新城堡”號，這臺蒸汽機車，在結構上初步具備了早期蒸汽機車的雛形，后來，理查德·特里維西克把這種蒸汽機裝在鐵路馬車上，出現了最早的蒸汽機車。1807年，英國人特勒維雪克制造了一輛蒸汽機車，重5噸，每小時行駛8公里，只能牽引十幾噸貨物。1808年，德里維斯克制造出來xxx臺用于客運的的蒸汽機車。1810年喬治·斯蒂芬森（George Stephenson）著手制造蒸汽機車，1812年，John Blenkinsop等人為英國北部的米德爾頓礦山設計制造了一款名為“Salamanca”號的蒸汽機車，“Salamanca”號發明后的很長一段時間，齒軌車的運用都僅限于礦山運輸，“Salamanca”因此成為人類歷史上最早的齒輪鐵軌機車。

1814年,喬治·斯蒂芬森發明了xxx臺蒸汽機車。1825年喬治·斯蒂芬森xxx次駕駛“動力”1號機車參加鐵路運營，其軌距為四英尺又八點五英寸，即1435mm。“動力”1號拉著550名乘客，從達靈頓出發，以24千米/時的速度駛向斯托克頓，這被認為是人類歷史上xxx列用蒸汽機車牽引，在鐵路上行駛的旅客列車。1826年，英國在蒸汽機車牽引線路上修建了長770m的泰勒山單線鐵路險道及長為2474m的維多利亞雙線隧道。1828年，喬治·斯蒂芬森和他的兒子共同制造了“火箭號”蒸汽機車，平均速度達到22km/h。1829年，喬治·史蒂芬遜將鐵路運營的各項要素整合起來，并在從利物浦到曼徹斯特的鐵路上試驗成功，隨后紐約的工程師兼實業家彼得·庫珀制造出美國xxx臺名為“拇指湯姆”的機車。1830年，世界上xxx條蒸汽機車專用的城市間公共鐵路線（利物浦-曼徹斯特鐵路）開通。1831年，美國首輛機車“良友號（Best Friend of Charleston）”在南卡羅來納鐵路投入營運，成為在美國軌道上成功牽引火車的首輛機車。1834年,喬治·史蒂芬遜的兒子羅伯特的工廠成功造出三軸機車，這種機車在英國等國家廣泛使用。1838年英國科學家Davidson和Aberdeen設計了一個用于推動機車運行的驅動系統。1839年,約翰·安德里亞斯·舒伯特教授制造出了xxx臺德國設計的蒸汽機車。1851年，塞默靈鐵路采用蒸汽動力機車，成為火車歷史上的一個轉折點。1854年，美國機車制造商開發出一套流程來標準化機車組件的生產。1855年，日本佐賀藩精煉所的中村奇輔開始制作蒸汽機車模型并成功運轉，這是日本最早的機車模型，長40厘米、寬10厘米，其中鍋爐長27厘米、寬9.3厘米。1863年，世界上xxx條用蒸汽機車牽引的地下鐵道線路在英國倫敦建成通車。

1894年，德國制造出世界上xxx臺內燃機車。1913年，世界上xxx臺內燃機車在瑞典默雷爾斯塔·南曼蘭的鐵道開始營運。這臺內燃機車是用75馬力的6缸柴油機直接連接發電機,驅動直流電動機，采取的傳動方式為電傳動。1932年，德國采用2機重聯式流線型高速內燃動車開始運行，這種內燃動車是將梅巴赫公司造的功率為410馬力的V形12缸柴油機安裝在兩端頭車的駕駛室內，采用2臺300 kW電動機的電傳動方式，動車組最高速度達160 km/h，該列動車組被命名為“飛行的漢堡人號”，成為高速內燃動車的先驅。20世紀20年代，德國和瑞典的液力變扭器被實用化，推進了使用液力變矩器的液體式變速機的開發。1928年開發了將液力變矩器和直聯段組合的里斯霍爾姆·史密斯式變速機。1935年開發了內裝多臺液力變扭器的充、排油式(福伊特式)變速機，采用液體式變速的內燃機車比電氣式輕，比機械式容易綜合控制。1935年，德國國鐵開發了1400馬力的8缸柴油機與福伊特式液力變速機的液力傳動內燃機車。1953年，裝有2臺1000馬力的V形12缸柴油機的V200型液力傳動干線內燃機車制造成功。

1879年，德國人西門子成功制造出實際意義上的電力機車，標志著電力機車的誕生。該車由150負直流發電機供電，能運載20名乘客，時速12千米，同年在柏林貿易展覽會上，西門子駕駛這輛電力機車首次成功運行，電力機車正式發展。19世紀70年代初期，經合組織(OECD)國家中大約2/3客運鐵路交通能源是靠柴油發動機車提供，而其余的1/3是電力機車提供動力。1881年西門子生產了世界上xxx輛用于公共交通的有機電車。19世紀80年代左右的電力機車階段，所采用的牽引控制主要是直流供電方式。20世紀60、70年代，美國GM公司、GE公司和機車公司、法國Alstom公司和前蘇聯設計生產了多種八軸內燃機車和電力機車用于牽引重載貨物列車和高速客運列車。20世紀60年代，法國開始研究能在2種不同電壓下運行的電力機車，阿爾斯通公司最早開發了雙流制機車，并應用接觸網為其提供牽引電能。20世紀80年代初，交流傳動技術開始應用于電力機車，并取得了快速發展。20世紀90年代開始，世界發達國家已停止生產整流器式(即交-直傳動)電力機車，只生產交-直-交傳動電力機車。21世紀，電力機車發展進入了技術革新的全新時代，各國都大力發展高速鐵路，高速列車技術發展迅速。

最早燃氣輪機車采用的是復式燃氣輪機。1933年，瑞典率先制造了一臺480 kW的自由活塞燃氣輪機車及一臺950 kW的連桿活塞燃氣輪機車。1941年，瑞士制造了功率為1,620 kW的開式燃氣輪機車。1951年，法國先后制造了735 kW和1770 kW的自由活塞燃氣輪機車并投入運行。1954年，蘇聯制造了一臺2210 kW的自由活塞燃氣輪機車。1948年到20世紀50年代末，美國制造了多批次燃氣輪機車，功率分別為2980 kW、3580 kW和6384 kW。20世紀60年代至70年代，中國試制了2210 kW和2940 kW的燃氣輪機車，并進行了多項試驗。

蒸汽機車結構示意圖

機車車體是指內燃、電力機車轉向架之上的車廂部分（也稱上部結構），機車車體結構包括全尺寸車廂、車頭罩、設備艙等。車體機車車體主要由司機室、底架、側墻、后端墻、臺架、地板、活動頂蓋、車鉤緩沖裝置等組成。機車車體側壁結構一般由內部骨架和外部蒙皮組焊而成，側壁骨架一般由型鋼或壓型件拼焊而成，車體是機車的骨架，它既是各種設備，如柴油機、傳動裝置、大型電氣設備和各種輔助機組的安裝基礎，又要傳遞各個方向的力。機車車架按承受載荷的方式可分為車架承載式車體和整體承載式車體2種。車體根據外形分外走道式(罩式)和內走道式56(棚式)”。現代的機車技術對機車車體結構的要求很高，其要求有需要足夠的空間對機械和電氣設備進行安裝，能夠承受動荷載、靜荷載和傳遞牽引力，在事故中對駕駛者的安全提供保護，盡可能的減輕重量，外形符合空氣動力學原理等。

轉向架機車車體的主要組成部分，為列車平穩行駛提供保障，因而需要較高的強度及耐疲勞性能。牽引座作為機車上的一種牽引裝置，承擔了機車車體與轉向架之間的縱向作用力，因此牽引座的故障將直接影響到機車的安全運行。構架作為機車轉向架的骨架，起到“固定軸距、承載傳力、安裝聯系”的作用，是轉向架的關鍵結構，也是聯系機車車體和輪對軸箱最重要的部件。軸箱拉桿作為鐵路機車轉向架的重要組成部件，連接構架與軸箱,實現了輪對的柔性定位，在機車運行過程中起到傳遞牽引力(制動力)和部分橫向力的作用,其性能參數直接影響轉向架的運行穩定性和平穩性等機車動力學性能。

車鉤又叫車鉤緩沖裝置，機車與車輛間以及車輛與車輛間通過車鉤緩沖裝置連接。車鉤緩沖裝置是機車車輛的基本配置，包括車鉤、緩沖器、手動開鉤機構等，可實現車鉤的連掛，并可實施手動操作。在列車運行中傳遞牽引力和緩解沖擊力，在車輛運輸中起著非常重要的作用。

牽引梁是機車車輛底架的重要部件，是縱向、橫向載荷的主要承載件。牽引梁用于安裝車鉤緩沖裝置，傳遞機車車輛縱向力。

牽引齒輪作為機車驅動裝置的重要組成部分，是進行機車方案設計時首要的考慮因素，牽引齒輪的性能和幾何尺寸將會影響整個機車的方案設計。機車的牽引系統是指用于傳輸動力并驅動車輛運行的關鍵部件。它包括了多個組成部分，主要由電力機車或柴油機車的動力裝置、傳動裝置、牽引電機和牽引控制系統等組成。

動力裝置是機車牽引系統的核心，它提供動力給機車。對于電力機車來說，它通常由交流或直流發電機組成，將機械能轉化為電能。而柴油機車則采用柴油發動機作為動力裝置。

傳動裝置用于將動力從動力裝置傳遞到車輪上。對于電力機車來說，傳動裝置一般是通過齒輪、鏈條或傳動軸等機械方式實現。而柴油機車通常采用傳統的液力傳動系統或機械傳動系統。

牽引電機是機車牽引系統中的關鍵組件，它將電能或機械能轉化為牽引力，驅動車輛行駛。牽引電機通常安裝在車輪上，通過傳動裝置將動力傳遞給車輪。牽引電動機是電力機車的核心工作原理，它為電力機車驅動車輪，外界的電力是它的驅動能源。電動機車使用牽引電動機作為它的驅動車輪。接觸網電力機車動力來源，因此電力機車所到之處必須要有接觸網，然而由于動車運用所內各部位的設備構造特殊性，為滿足動車組供電需要，動車所內接觸網也根據動車運用所不同功能部位的結構特殊性、供電的安全可靠而采用更加復雜的接觸網結構。

牽引控制系統用于控制機車的牽引力和速度。它接收來自司機操作臺的指令，并根據需要調整牽引電機的輸出功率和轉速，以實現精確的牽引力和速度控制。作為機車柴油機核心裝置——柴油機控制單元(ECU)極為重要，其是一種以微處理機為操作介質的控制系統，應用傳感器全面監測柴油機運行狀態，實施精準的質量研判，必要時采取保護措施。在內燃機車起動時，為了保證機車的平穩運轉，必須由傳動軸與發動機聯接。通常都是發動機和電機驅動，通過軸系的各部件緊密地連接在一起，從而驅動內燃機車。發動機的傳動軸并不是單獨的，它必須與其它的軸、齒機構配合起來，才能起到傳動的作用。隨著歐盟統一鐵路運輸市場措施的頒布，明確了歐洲鐵路貨物聯運發展方向，后續新造調車機車大部分符合TSI的要求，通常都開發了多流制牽引系統，能夠兼容歐洲不同國家接觸網供電制式，實現跨國運輸，極大地提高了機車的適用性。

機車的輔助系統是為了滿足機車運行過程中其他功能需求而設計的系統。機車輔助系統的作用是為機車牽引以及制定提供有效保障，機車輔助系統的質量對于機車的有效運行會產生較大的影響。一般來說內燃機車輔助傳動系統是在內燃機車運用中驅動輔助機械及電氣設備工作的,通常具有輔助系統供電、主發電機勵磁供給、牽引電機的通風、機車內部的通風、冷卻風扇的驅動以及空壓機的驅動等功能。

列車供電系統為車廂提供電力，用于驅動車廂內的照明、空調、冷藏設備等。在電力機車中，列車供電系統通過接觸網或第三軌供電，將電能傳輸到車廂中。

制動系統用于控制機車的減速和停車。常見的制動系統包括空氣制動和電力制動。空氣制動使用空氣壓力來操縱制動裝置，電力制動則利用牽引電機的反饋能量來實現制動。制動系統是保障列車安全的重要組成部分，關系到列車運行中的安全性及可靠性。隨著列車長度的變化，制動特性發生相應變化。制動特性直接影響到列車的縱向沖動，制動缸充氣特性和制動波傳播特性是影響列車縱向沖動的主要因素。制動缸充氣特性和制動波傳播特性與列車管參數密切相關，因此，列車管路直接影響列車的縱向沖動。制動系統在機車的正常運行過程中有著重要作用，如果基礎制動系統一旦失靈，將對列車運行的安全性造成嚴重危害。

空調系統用于調節機車和車廂內的溫度和濕度，提供乘車舒適性。它通常包括空氣循環系統、溫度控制和空氣過濾等功能。

通信系統用于機車與列車調度中心、車站和其他列車之間的通信。它包括無線電通信設備、信號系統和列車位置跟蹤系統等，以確保有效的信息傳遞和列車運行安全。動車所內部的無線通信系統承載了調度通信、機車綜合無線通信設備出/入庫檢測等行車和維護相關業務，對保障動車組列車和動車所正常運行具有重要作用，因此動車所內需要保證高質量的無線通信。

監控系統（STP）用于監測機車和列車的各項參數和狀態。它可以包括故障診斷系統、車載視頻監控系統和車載數據記錄器等，以便及時發現和處理故障，并提供數據支持和安全保障。

機車車輛的設計制造工藝包括調試、總裝、車體制造等，各個工藝相輔相成，每種工藝都很重要。機車車體制造領域，螺柱焊連接技術作為一種特殊的連接技術已逐步得到推廣應用。整體承載式車體與鐵路電力機車車體結構類似，車體制造技術已十分成熟穩定。機車車輛關鍵基礎件加工領域采用可切割銅、鋁等有色金屬能夠實現更高效、快速精確加工，尤其是在不銹鋼車體制造、轉向架制造、機車內飾鈑[bǎn]金件加工中扮演著重要角色。鋁合金具有比強度高、熱穩定性好、耐腐蝕、機械加工性能優良以及可再生性好、資源豐富等一系列優點，近年來在機車車體制造中得到了廣泛應用。中國藍箭機車的車頭蓋是用一種復合材料制作，這種材料重量輕、強度高、阻燃性好，代表著未來車體制造的發展趨勢。

蓄電池技術以及應用技術的進步，成本的不斷下降，能量密度的持續提升，電池空間、重量的降低，使得動力電池在軌道交通機車車輛裝車成為可能，動力電池在軌道交通機車上的裝車，尤其是在內燃機車上的應用,具備明顯的優勢，一方面可以補充內燃機車柴油發電機組動力的不足，大幅降低柴油機裝車功率要求，機車設計可以選擇小型柴油機降低排放。蓄電池技術發展，其使用壽命得到延長、成本降低，使用該混合動力機車經濟效益將更加明顯。伴隨著鋰離子蓄電池技術的不斷創新發展，蓄電池單軌吊機車的使用性能及續航能力會變得更加優越。

在鐵路運輸中電力牽引已經替代內燃牽引成為主導方式，中國、俄羅斯、德國、日本、法國等電氣化鐵路里程占比已經超過50%。在軌道交通行業，隨著電力機車的發展與應用，電力牽引控制成為了軌道交通的核心技術之一。電力機車及動車組上的電力牽引系統一般由受電弓、單相工頻牽引主變壓器、牽引變流器、牽引電機等部分組成。電力機車及動車組上的電力牽引系統一般由受電弓、單相工頻牽引主變壓器、牽引變流器、牽引電機等部分組成。牽引變電所是電力牽引的專用變電所，其把區域電力系統送來的電能，根據電力牽引對電流和電壓的不同要求，轉變為適用于電力牽引的電能，并分別送到沿鐵路線上空架設的接觸網，為電力機車供電。大容量微處理器的應用為交流傳動電力牽引控制提供了優越的硬件條件，加之軟件技術的不斷發展,現代交流傳動機車(列車)的控制系統日趨完善。中國電力牽引控制技術重點是開發30t軸重載電力機車、現代有軌電車等。2020年德鐵線路的電氣化率為61%，高于歐盟54%的平均水平，鑒于鐵路電力牽引完成的工作量占比已達74%，德國政府將在全面評判電氣化工程的成本和收益后，對繁忙干線進一步實施電氣化改造，讓德國鐵路總體電氣化率到2025年提高至70%,2030年達到75%。

國外新能源機車為適應內燃機車發展的新要求，歐美等國家采用小功率高速柴油機和動力電池的混合動力技術，開發了平臺化的系列產品，其代表為ALSTOM公司研制的Prima H3型機車和Prima H4型機車。從混合動力技術和應用情況來看，雙動力源機車和動車組通常都是在成熟電力機車或動車組的基礎上集成柴油機組，油箱容積大多為4000L以內，主要應用于調車任務和短距離干線旅客運輸，中國正在研制適用于牽引長距離普速旅客列車的混合動力機車，在六軸電力機車平臺上進行柴油機的集成。

蒸汽機是靠蒸汽的膨脹作用來作功的，當司爐把煤填入爐膛時，煤在燃燒過程中，它蘊藏的化學能就轉換成熱能，把機車鍋爐中的水加熱、汽化，形成400℃以上的過熱蒸汽，再進入蒸汽機膨脹作功，推動汽機活塞往復運動，活塞通過連桿、搖桿，將往復直線運動變為輪轉圓周運動，帶動機車動輪旋轉，從而牽引列車前進。

內燃機車以內燃機為動力源的機車，由于機車需要產生的功率較大，所以絕大多數的內燃機車采用的動力源是柴油機。從動力源（柴油機）發出的功率變成為能夠牽引列車的牽引力，中間須有一個傳動裝置。當今世界內燃機車的傳動裝置基本有三種類型，即機械傳動、電傳動和液力傳動。機械傳動方式弊端較多，20世紀70年代以后逐步被淘汰。電傳動方式又分為直－直傳動方式、交－直傳動方式和交－直－交傳動方式三種。液力傳動方式是用一套液力傳動裝置，將柴油機產生的功率分別傳至每個動輪車軸上的齒輪，以驅動動輪滾動。液力傳動裝置中最重要的元件是液力變扭器，是個箱形裝置，里面充滿工作油，當柴油機高速旋轉時，帶動液力變扭器里的泵輪葉片旋轉，使工作油得到高壓、高速能量，再傳送給與機車動輪相連接的渦輪，產生牽引功率。

電力機車是以外部電源、電力驅動的機車。1842年，蘇格蘭人戴維森制成了用電池供電的電力機車，但技術不過關，未能用于實際的牽引列車。1879年，德國人西門子成功制造出實際意義上的電力機車，標志著電力機車的誕生。電力牽引的完整系統，包括外部電源、牽引變電所、接觸網及其支撐構件、電力機車等。外部電源經變壓后將電能送至接觸網，電力機車的受電弓將接觸網上的電能吸收到機車上，通過控制電路送至牽引電動機，牽引電動機的轉矩驅動機車動輪，產生牽引功率。接觸網的電流制有直流和交流兩種。電力機車的傳動方式因電流制的不同而分為三種。直一直傳動電力機車采用直流制供電方式。牽引變電所的整流裝置將外部電源的三相交流電變成直流電后送到接觸網上，機車從接觸網接收直流電流并供給直流串勵牽引電動機。這種制式缺點較多，一是接觸網電壓較低，接觸網導線要求相對較粗，消耗有色金屬較多；二是長距離直流輸電，電熱消耗大，效率低下。這種制式出現于電氣化鐵路的前期，蘇聯和東歐些國家在20世紀50-70年代曾采用這種制式，后來逐步改造成交流供電方式。交一直傳動電力機車采用交流制供電方式。牽引變電所將外部電源的三相高壓電流改變成25kv工業頻率的單相交流電后送到接觸網上，由機車上的受電弓將接觸網上的交流電接收后通過主變壓器變成直流電，然后將直流電流送到直流牽引電動機產生牽引功率。此種制式由于提高了接觸網的電壓，電熱耗損下降，導線直徑相對較小，可以減少投資和電熱消耗。世界多數國家基本都采用這種制式。交一直一交傳動電力機車采用的是無整流子的交流牽引電動機，具有牽引性能優異、可靠性高、節能效益好、全壽命、低成本等優點。中國和諧系列大功率交流傳動電力機車采用的就是這種先進技術。

國際上混合動力機車應用以“內燃動力包+儲能電源”內電混合動力機車為主。1986年，捷克斯洛伐克Ckd praha公司研制了世界上首臺混合動力機車。隨后，多國鐵路公司和機車制造商通過改造既有內燃機車開展相關技術研究與應用驗證，如加拿大RailPower公司的GG20B型內電混合動力機車和美國通用電氣公司的ES44AC型混合動力機車。由于燃油經濟性和污染物排放等方面的突出優勢，內電混合動力機車得到廣泛應用，如日本東芝公司的HD300型，以及法國阿爾斯通公司的Prima H3和Prima H4型內電混合動力調車機車。2018年，中國中車株機公司研制的滿足TSI標準的DB漢堡調車機車交付用戶。

在“氫燃料電池+儲能電源”氫電混合動力機車方面，2007年美國伯靈頓北方圣菲鐵路公司 (BNSF)與總部位于科羅拉多州的車輛項目公司研制了世界首臺氫能源混合動力機車，配置2套總功率為250 kW的質子交換膜燃料電池(PEMFC)，以及1組鉛酸蓄電池，如圖2所示。2021年，加拿大太平洋鐵路公司通過網絡展示了H20EL型氫能源貨運機車，計劃于2022年投入運營。

BNSF?氫能源混合動力機車及其設備布置示意圖

“受電弓+儲能電源”電電混合動力機車方面，阿爾斯通Prima H4機車平臺的H4 Bi-mode battery車型，弓網供電模式車輛總功率為1600kW，蓄電池供電模式總功率為600kW；2021年，中車株機公司出口匈牙利的電電混合動力調車機車，弓網供電模式和蓄電池供電模式的功率分別為850kW和400kW。

匈牙利電電混合調車機車

熱力機車是以熱力發動機作為原動力的機車，主要包括以蒸汽機為原動力的蒸汽機車、以汽輪機為原動力的汽輪機車、以柴油機為原動力的內燃機車、以燃氣輪機為原動力的燃氣輪機車等。這幾類機車都是自帶能源的機車（自給式機車），能獨立地行駛。但是機車重量受到軸重約束，機車外形尺寸受到鐵路限界的限制，因而裝于機車內的動力裝置的重量和尺寸也不能過重，隨著燃料的不斷消耗，機車自身的黏著質量也在不斷減輕，一定程度上會影響到黏著牽引力，從而限制了機車牽引力。

1. 鐵路交通：機車廣泛應用于鐵路交通領域，作為牽引車輛驅動列車行駛。從城市軌道交通到高速鐵路，機車在現代鐵路系統中發揮著重要作用。發展方向包括提高運行速度、增強運行效率、提供更舒適的乘坐體驗等。挑戰包括能源效率、安全性和環境影響等方面的持續改進。
2. 貨運運輸：機車被廣泛應用于貨物運輸領域，如鐵路貨運、港口物流等。機車的高牽引力和承載能力使其成為長途和重載貨物運輸的重要工具。發展方向包括提高貨運效率、優化物流鏈條、減少運輸成本等。挑戰包括物流規劃、運輸安全和減少運輸時間等方面的優化。
3. 旅游和觀光：機車在旅游和觀光領域也有廣泛應用，如蒸汽火車、觀光列車等。機車的獨特魅力和歷史價值吸引了許多游客和鐵路愛好者。發展方向包括開發創新的旅游線路、提供豐富的體驗和增加環境保護意識。挑戰包括保護歷史機車、提供多樣化的旅游服務和平衡開發與環境保護之間的關系。

1. 工業和礦山：機車在工業和礦山領域中被廣泛應用于運輸和搬運任務。例如，在大型工廠和礦山中，機車用于內部貨物運輸和物料搬運。發展方向包括自動化和智能化的運輸系統、提高生產效率和降低成本。挑戰包括適應多樣化的運輸需求、確保安全性和可靠性等方面的要求。
2. 軍事和國防：機車在軍事和國防領域具有重要應用，用于軍事裝備和物資的運輸、部隊機動性的增強等。發展方向包括適應復雜戰場環境的需求、提高機車的機動性和適應性、加強信息化和網絡化的軍事機車系統等。挑戰包括保證軍事機車的安全性和可靠性、應對多樣化的作戰需求和適應戰略變化等。
3. 基礎設施建設：機車在基礎設施建設領域中扮演著重要角色，如鐵路線路的施工和維護、道路建設中的材料運輸等。機車的高承載能力和適應性使其能夠在復雜的工程環境中發揮作用。發展方向包括提高施工效率、降低運輸成本、采用環保和可持續發展的工程機車等。挑戰包括工程現場安全、施工時間控制和合理規劃運輸路線等方面的考慮。

現有機車輔助駕駛(或自動駕駛)技術現有的輔助駕駛(或自動駕駛)系統，在城軌、地鐵、城際鐵路上已有正式應用，但只是限于部分線路；而機車的輔助駕駛系統，世界各大機車公司均在進行研究，也有部分公司在進行了相關試驗，但目前階段尚未查詢到正式運行的機車輔助駕駛系統的相關信息。縱觀全球機車領域,輔助駕駛(自動駕駛)系統已成為新的發展方向。目前歐洲鐵路正在大力推廣ETCS系統，但是受限于歐洲各國的鐵路基建水平不同，推進進度較慢，相對應的ETCS+ATO技術的推進也較慢。而中國國家鐵路集團也在積極推進高速鐵路的智能化和普通機車的輔助駕駛技術，目前的京張高鐵，已成為首條智能化的350km/h級別的高速鐵路。同時普通鐵路機車的輔助駕駛系統規范也在積極推進制定當中。根據電力機車在輔助駕駛、智能檢修及無線傳輸等技術的發展現狀，以及中國外對電力機車的功能需求分析，未來針對電力機車的發展將會趨向于更智能化、更人性化和更節能的方向。針對該發展方向，電力機車智能控制與運維系統將是未來的發展方向,該系統擁有輔助駕駛、智能檢修和無線傳輸的功能，并將各系統進行了綜合應用，以使其功能更加強大，并且在機車運行、維護、檢修、故障處理等方面更加方便及便捷，更能貼合用戶的需求。

2020年３月，德國國家租賃公司（SFBW）制訂計劃，準備采購由西門子公司生產的２０臺MireoPlus電力機車。此型機車裝備了牽引蓄電池。近幾年來，替代柴油機列車，使用了各種備選能源：自備柴油機和生態環保電力牽引的機車車輛出現在德國的許多地區，如萊茵－美茵、施勒斯維希霍爾施坦因、中薩克森和下薩克森等等地區。除了由蓄電池供電的電力機車外，西門子公司與加拿大BallardPowerSystems公司合作，共同研制以MireoPlus結構平臺為基的、以燃料電池供電的機車。

可廣泛應用于不同環境，滿足電氣化線路/非電氣化線路的跨線運行需求，實現機車“最后一公里”自主牽引，提高轉運效率，提升非電氣化線路的運行能效、降低排放，是推進軌道交通運輸體系低碳化發展的重要技術。

2024年1月1日，由國家鐵路局組織編制的《鐵路機車車體 第1部分：內燃機車》等3項鐵路國家標準將正式實施。《鐵路機車車體 第1部分：內燃機車》（GB/T 25334.1-2023）和《鐵路機車車體 第2部分：電力機車》（GB/T 25334.2-2023）對鐵路內燃機車和電力機車車體的環境條件、車體組成、技術要求、試驗方法、檢驗規則做出了明確規定，該規定適用于標準軌距（1435mm）鐵路的新造內燃機車和電力機車車體。機車車體是機車的重要組成部分，是機車設備的安裝基礎，該標準首次納入了車體內部件及其連接裝置的載荷要求，對確保車內部件安裝牢靠、保障機車穩定運行具有重要意義。《軌道交通 軌道車牽引系統用鉛酸蓄電池組》（GB/T 43054-2023）規定了軌道車牽引系統用鉛酸蓄電池組的環境條件、系統組成、技術要求、試驗方法、檢驗規則，適用于城市軌道交通軌道車主動力牽引系統用鉛酸蓄電池組，其他軌道車的動力牽引系統用鉛酸蓄電池組可參照執行。鉛酸蓄電池組是軌道車動力源的核心部件，該標準填補了軌道車牽引系統用鉛酸蓄電池組標準的空白，為軌道車的高效節能、綠色環保提供技術支撐。