斯蒂芬逊生活的 18、19 世纪是资本主义迅速发展时期。特别是 1768 年， 苏格兰的瓦特发明了蒸汽机。蒸汽机的广泛使用，使手工业性质的小生产发 展成大生产，大大推动了工业革命。这就把交通工具的改革提到日程上来。

1801 年，英国人特列维蒂克制造出第一台蒸汽机车。这部机车在试车时 不是在铁轨上行走，而是在平地上行走。特列维蒂克点火烧气后，就跑到一 边喝水去了，结果机车失去控制撞进一间民房，机车也烧坏了。3 年后，特 列维蒂克又制造了一台机车，取名“新城堡号”。这台机车只有一个汽缸， 机身很大，力量很小，靠齿轮传动，开起来声音震耳欲聋，一摇一摆，变换 速度困难，经常出轨——这辆机车是在铁轨上行走的。这是历史上火车机车 的诞生。但因机车太重，轨道不胜负荷而未能使用。特列维蒂克连遭失败， 灰心丧气，就不再研究制造机车了。

1807 年，美国的富尔敦发明了汽船，基本上解决了水上运输问题。但陆 上交通工具仍以马车为主，不能适应生产发展的需要。这一年，英国的特勒 维也制造出了一个火车头。这个火车头重 5 吨，每小时能走 8 公里，最多拉 十几吨货物，但经常出事故，因此没有实用的价值。许多人都嘲笑特勒维说： “你的火车，还不如我的马车跑得好呢！”特勒维一生气，也不再去研制火 车了。

就是在这种情况下，斯蒂芬逊开始了研究火车。斯蒂芬逊想，煤矿上的

蒸汽机能把深井里的水抽上来，特列维蒂克和特勒维制造的机车能拉得动十

几吨重的东西，这力量是从哪里来的呢？他仔细观察，反复思考，终于悟出

了其中的奥妙。原来，火车拉得多，跑得快，全靠着“大力士”蒸汽机。 为了掌握蒸汽机的原理，斯蒂芬逊不怕吃苦，长途跋涉，步行 1000 多公
里，特意来到瓦特的故乡苏格兰，在那里整整工作、学习、研究了一年。他

不知疲倦地阅读了许多有关蒸汽机的书籍，研究了蒸汽机的发展演变历史，

实地考察了各种类型蒸汽机的特点。

从瓦特研究发明蒸汽机的过程中，斯蒂芬逊懂得了飞轮可以积蓄能量，

保持机器的匀速运转；通过曲柄连杆的传动，可以把活塞往返的直线运动，

变成车轮旋转的圆周运动。更重要的是，斯蒂芬逊明白了能量转变和能量守

恒定律。煤燃烧放出能量，水受热变成蒸汽得到能量。啊，原来是蒸汽的能

量推动活塞往返运动，带动车轮旋转，火车便向前运动了。所以，汽缸里的

蒸汽温度越高，能量就越大，火车就可以拉很多的货物，而且比马车跑得更

快。

斯蒂芬逊在总结和掌握了前人制造蒸汽机车的经验教训以后，便开始研

制新的蒸汽机车。他把当时的立式锅炉改成卧式锅炉，用扩大炉膛的办法，

来增加锅炉的受热面积和蒸汽。而且，把立式锅炉改成卧式，高度降低，行

走、转弯也就平稳、灵活多了。此外，他还在车轮的圆边加上了轮缘，防止

火车发生出轨事故，保证行车安全。 经过多年的研究和反复的试验，斯蒂芬逊在 1814 年，制造出了他的第一

台蒸汽机车“布鲁海尔”号。7 月 25 日，斯蒂芬逊的机车进行了第一次试车， 吸引了不少人前往观看。这辆火车头运行在平滑的道轨上，载重 30 吨，牵引 着八节车厢，行驶时不会脱轨，但行驶的速度很慢。从坎林沃斯煤矿到港口， 距离不到 15 公里，要行驶近 2 个小时。由于没有装配弹簧，车开起来，震动

得很厉害。观看试车的人们议论开了。有人讥笑斯蒂芬逊“你的车怎么还不

如马车呀！”有的人找到他说：“你那玩艺儿拉东西不中用，可声音比打雷

还响，把牛马都给吓跑啦！”人们说的倒也是实情。试车时，由于震动太大，

连路基都震塌了；放汽时声音尖得吓人，把沿线附近的牲口惊得乱跑乱叫，

引起农民恐慌。一些原来赞成试验蒸汽机车的官员，现在也起劲反对，断言

用蒸汽机车作交通工具是不可能的。

斯蒂芬逊并没有因为试车的不理想而气馁，他相信，有志者事竟成。他

以巨大的勇气和毅力，决心总结经验，对火车头继续进行研究和改进。

为了减轻火车行进时的震动，斯蒂芬逊在火车上装置了减震弹簧。

为了进一步提高锅炉的受热面和蒸汽量，加大机车的牵引力和延长锅炉 的使用时间，斯蒂芬逊在锅炉里面增设了 20 多根小烟管。让炉膛里冒出来的 高温烟汽，从小烟管排出去。

经过改进，斯蒂芬逊于 1815—1816 年，又重新制造了两台更为完善的蒸 汽机车，分别是“威灵顿”号和“我的上帝”号。机车的牵引力和行驶速度 都有显著的提高。第一台机车的许多地方都是根据特莱维茨克的机械制作 的。而第二台机车则完全是斯蒂芬逊独立发明的，通过装在外部的连接杆连 接车轮，减免了许多粗制的齿轮。

斯蒂芬逊和其他的工程师不一样。他在研究蒸汽机车时也不忽视研究主

机以外的辅助系统，他同时还研究如何使路轨增加强度。他研制的火车虽然 较一般的为轻，速度也较快，但仍然会压损路轨。1816 年，斯蒂芬逊和威廉•洛 施一道研究轨道的阻力和载重之间的关系。这一研究为他后来改进轨道结构 在理论上作了必要的准备。斯蒂芬逊和洛施因这一研究而取得铸铁路轨的专 利而将坎林沃斯的运输轨道予以重建。

斯蒂芬逊在坎林沃斯制作的蒸汽机车以及他和洛施合作制造的铁轨立即 风行英国各地。在 1814 年到 1825 年这段时间里，斯蒂芬逊为各地煤矿制作 了 55 台煤矿用机械，其中有 16 部蒸汽机车。

斯蒂芬逊铺设的第一条全新的铁道是 1819 年在纽塞附近的黑顿矿区。全 长 8 英里，其中有 1 英里半在山区使用固定引擎，有 3 英里（4.8 公里）仍 利用两面自然重力辅助，其余部分全用蒸汽机车牵引。关于这段铁路，有两 位德国工程师曾作过详尽的报道。爱丁堡著名的建筑师罗伯•斯蒂逊在参观 了铁道后写道：“铁路工程上一些了不起的发明都由纽塞的斯蒂芬逊发展出 来了，尤其是他的蒸汽机车，更令人称道。”
当时，许多国家都还停留在以马车为交通工具的阶段，斯蒂芬逊已经开

始独占矿冶蒸汽机车的使用和生产。虽然，他的机车很粗陋，而且仍在试验

改进中，但来自各国和各地的参观者络绎不绝。

斯蒂芬逊制作的蒸汽机车一经在煤矿上使用，很快地就显示出了它的无

比优越性，使运输效率大幅度上升，改变了煤矿原来运输落后的面貌，从而

为增长煤炭生产创造了极大的有利条件。