動力機(jī)械的基礎(chǔ)與應(yīng)用(上)

動力機(jī)械是將自然界中的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能而作功的機(jī)械裝置。

早在公元一世紀(jì)，亞歷山大的希羅已論述了用水力、風(fēng)力和熱空氣推動的機(jī)械。后來人們開始在生活和生產(chǎn)活動中運(yùn)用利用風(fēng)能和水能的風(fēng)帆、風(fēng)車、水車水磨等。

18世紀(jì)末蒸汽機(jī)的問世，開拓了化學(xué)能的利用，大大地提高了勞動生產(chǎn)率，導(dǎo)致了工業(yè)革命。19世紀(jì)末，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用為汽車、機(jī)車、船舶提供了動力，并導(dǎo)致飛機(jī)的發(fā)明，使人類交通運(yùn)輸業(yè)的面貌發(fā)生了巨大的變革，更促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)的巨大發(fā)展。

19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，隨著汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣式發(fā)動機(jī)、火箭發(fā)動機(jī)的發(fā)明，交通工具的速度大大提高，人們的交往更加方便，人類活動的領(lǐng)域更加開闊，航天事業(yè)得以開拓，從而進(jìn)一步帶動和促進(jìn)了其他科學(xué)和工業(yè)部門的發(fā)展。

動力機(jī)械深刻地影響著人類生產(chǎn)力的發(fā)展，但是，動力機(jī)械的噪聲、特別是熱力發(fā)動機(jī)的排放物又給人類造成了日益嚴(yán)重的公害。

動力機(jī)械按將自然界中不同能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的方式，可以分為風(fēng)力機(jī)械、水力機(jī)械和熱力發(fā)動機(jī)三大類。

風(fēng)力機(jī)械有風(fēng)帆、風(fēng)車(風(fēng)力機(jī))、風(fēng)磨等。二十世紀(jì)出現(xiàn)了直接應(yīng)用風(fēng)力的發(fā)電裝置，但受到自然風(fēng)區(qū)分布的限制，因?yàn)橐话阏J(rèn)為風(fēng)速大于4米/秒才有利用價值。據(jù)估計，地球上蘊(yùn)有風(fēng)能約達(dá)10吉瓦，已經(jīng)利用的不及百分之一，故風(fēng)能大有開發(fā)的前景。

水利機(jī)械有水車、水磨、水輪機(jī)等。20世紀(jì)以來，利用水輪機(jī)發(fā)電的水電站日益增多，因?yàn)樗娬揪哂羞\(yùn)行費(fèi)用低、無污染、取用不竭等優(yōu)點(diǎn)。但是興建水庫、水壩，初始投資較大、建設(shè)時間較長，而且對生態(tài)平衡、地質(zhì)力態(tài)平衡也有影響。中國水能蘊(yùn)藏量約為680兆瓦，居世界之首，很有開發(fā)和利用的余地。

熱力發(fā)動機(jī)包括蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)(汽油機(jī)、柴油機(jī)、煤氣機(jī)等)、熱氣機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)等。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、采礦、兵工等部門，內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。船舶、機(jī)車、汽車、物料搬運(yùn)機(jī)械、土方機(jī)械、坦克、排灌機(jī)械、小型發(fā)電裝置等無不以內(nèi)燃機(jī)為動力。

汽油機(jī)是以汽油為燃料，采用電點(diǎn)火，轉(zhuǎn)速一般在3000～6000轉(zhuǎn)/分，甚至高達(dá)每分鐘一萬轉(zhuǎn)。功率由幾百瓦至幾百千瓦。在農(nóng)林方面廣泛用作采茶機(jī)、割草機(jī)、機(jī)鋤、噴藥機(jī)、割灌機(jī)、機(jī)鋸等的動力；在交通方面用作摩托車、汽車、小艇的動力。