蒸汽火车被称为工业发展史的活化石，早在十九世纪初蒸汽驱动的火车就已出现，直到二十一世纪，也能在很多地方见到它们的身影。可你知道吗？就是这个两百年前的老古董，它的变速系统竟然用的是自动挡，要知道第一台自动换挡汽车也是在年才出现的。那么这个钢铁巨兽是如何做到无级变速的呢？

以年制造的一台典型的蒸汽火车为例，它的火车头两边各有三个动轮，第三个动轮上装着有被蒸汽活塞推动的摇杆，带动轮轴上的曲拐，推动轮子转起来。这个曲拐还会通过连杆带动前面两个动轮同步转动。曲拐头部还装了一个偏心曲拐，当轮子转起来时就会带动上面的偏心杆前后摆动，从而带动上方的月牙板在支架上摆动。月牙板摆动时又带动旁边的半径杆前后推拉运动，从而推动合并杆来移动气室里的阀门。合并杆的另一端又连接着一根铁棍，叫做结合杆，与被气缸推动的十字头相连，而十字头又叫与联动的摇杆相连，两边都是一套相同的结构。

在火车头工作时，锅炉中的高压空气通过上方的管道进入气室，从而产生活塞运动为传动结构提供机械能，如果这时司机将回动机手柄调到中间的位置上，这时半径杆就会移动到月牙开槽的中点上，不再上下摆动。此时如果轮子正在转动，合并杆就只能被结合杆单独推动，带动气室阀小幅振动，不能露出进气口送气，气缸内活塞的运动跟着缓缓停止，火车就会停止了。

当需要前进启动时，司机操作手柄前推，半径杆就会往月牙槽的下方移动，从而使气室阀的行程增大，使蒸汽推动十字头摇动轮子前进。而相反的，当司机往后拉机动手柄，那么半径杆就会往月牙槽的上半边移动，当超过中心部位时，传动结构就带动轮子反向行驶，火车就因此开始倒退。月牙板、偏心杆、半径杆、结合杆和合并杆构成了火车换向的回动机，并同时起到了无级变速的作用。

不知道大家有没有注意过一些电影里，当这些蒸汽火车启动时，司机都会非常用力地拉手柄。这是因为当车启动时，需要很大的扭矩，就要将半径杆推到底，使气室阀的振幅达到最大，此时进气口的打开时间最长，蒸汽推动机械结构做功的距离也就越长，也就是所谓气缸的遮断比就越高，相应的气缸内的缸压也就越大。

一般蒸汽火车的半径杆在最大偏角时，气缸内的遮断比大约是70%，相当于汽车里的一档。当达到一定时速的以后，就需要轮子以较小的扭矩来维持更高的转速，于是司机可以通过减小半径杆的偏角，使气室阀振幅减小。如此以来，进气口露出时间较短，气缸遮断比减小，保持较低的平均压力来维持火车高速的往复运动，就相当于汽车的高速档。所以蒸汽火车头在平时正常速度行驶中，气缸的遮断比通常会减小到30%左右。

如此看来，蒸汽火车头的变速系统真的是相当简洁了，只需要通过一根平平无奇的拉杆，和几块同样普通的铁片和铁棍，就能完成蒸汽火车头的转向和无级变速。所谓大道极简，往往越是简单的结构，就越是经得起时间的考验，虽然随着科技的不断提升，未来可能只会在博物馆或者影视作品里看到它们了，但蒸汽火车机械结构的魅力是无可替代的，衍生出的蒸汽朋克文化，更是被当代年轻人所追捧，以另一种形式存在下去，这么多年过去了，你还会想要了解蒸汽火车吗？