Локомотив — двигатель на колесах, предназначенный для передвижения вагонов по рельсам(от латинского locus — место и moveo — двигаю). Локомотивы бывают в основном трех видов, в зависимости от рода силовой установки. Паровая машина — у паровоза, дизель с электрогенератором — у тепловоза, электродвигатель — у электровоза. Были попытки применения локомотивов и с другими типами силовой установки, например паровыми и газовыми турбинами. Работают также моторные вагоны дизель-поездов и электропоездов.
Вплоть до начала XIX в. по чугунным рельсовым путям вывозили уголь и руду с шахт и рудников. Груженые и порожние вагоны передвигались лошадьми. Первыми локомотивами были паровозы. Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был построен англичанином Р. Тревитиком в 1803 г. для одного из рельсовых путей в шахте. Вслед за ним построили паровозы и другие изобретатели, но широкого практического применения эти паровозы не получили. Наиболее удачным ока» зался паровоз английского изобретателя Дж. Стефенсона, построенный в 1814 г. Дж. Сте-фенсон известен как один из создателей железнодорожного транспорта. В течение XIX в. паровозы строились во многих странах. В России первый паровоз был построен в 1834 г. отцом и сыном Е. А. и М. Е. Черепановыми.
В середине 90-х гг. XIX в. в США был построен первый электровоз постоянного тока, получавший энергию от тяговых подстанций, и электрифицирована железнодорожная линия.
Первая электрифицированная железнодорожная линия с мотор-вагонными электропоездами появилась в 1926 г., первые электровозы — в 1933 г. В настоящее время на электрической тяге работает более 50 тыс. км железных дорог.
Первый магистральный тепловоз был построен в 1924 г. по проекту Я. М. Гаккеля.
Электрическая и тепловозная тяга вытеснила прежнюю паровую тягу со всех многочисленных магистралей нашей страны.
Электрифицированная железная дорога получает электроэнергию с крупных электростанций. Трехфазный ток высокого напряжения с этих электростанций поступает на тяговые подстанции железных дорог. На этих подстанциях он преобразуется в ток, нужный для тяги.
В первые годы электрификации пригородных участков железных дорог с тяговых подстанций подавался постоянный ток напряжением 1500 В в медный контактный провод, подвешенный над рельсовым путем, а на первых магистральных участках применялся постоянный ток напряжением 3000 В. В 60—70-х гг. стали применять на вновь электрифицируемых железных дорогах переменный однофазный ток частотой 50 Гц повышенного напряжения (22225 кВ). Это дает возможность строить тяговые подстанции не через 20—30 км, как при постоянном токе, а через 60—70 км, т. е. уменьшить вдвое-втрое их число, а подстанции делать более простыми и дешевыми. Повышенное напряжение позволяет уменьшить сечение контактного провода, требующего много меди. Это облегчает и удешевляет контактную сеть. На переменном токе электрифицированы, например, линии от Брянска через Киев на Львов и Одессу, от Рязани через Ростов до Невинномысской, часть транссибирской магистрали и многие другие железнодорожные линии.
На крыше электровоза укреплены токоприемники — пантографы, которые прижимаются к контактному проводу и передают электрический ток к тяговым двигателям электровоза.
Двигатели расположены под кузовом электровоза на каждой его оси. Первые наши электровозы имели 6 осей, размещенных в 2 трехосных тележках, а значит, и 6 двигателей. Позднее стали выпускать более мощные электровозы, с 8 осями в 4 двухосных тележках и с 8 двигателями. Каждый двигатель с помощью системы зубчатых передач вращает «свою» колесную пару и тем самым приводит электровоз в движение. Электрический ток, пройдя через пантограф (а в электровозах переменного тока через трансформатор и выпрямитель) к тяговым двигателям и совершив в них работу, уходит затем в рельсы, служащие вторым проводом, и через отсасывающие провода возвращается на тяговую подстанцию.
Кузов электровоза похож на вагон. На обоих его концах находятся кабины управления. Это позволяет электровозу двигаться в любом направлении, машинист должен лишь перейти из одной кабины в другую. Восьмиосные электровозы очень длинные (до 33 м). У них 2 кузова, соединенных друг с другом закрытым переходом. В кузове электровоза размещена электрическая аппаратура — ящики сопротивлений, контакторы, переключатели, а также всякого рода вспомогательные машины — мотор-генераторы, компрессоры, вентиляторы и т. п. Большой интерес представляет электронное управляющее устройство — автомашинист. Он может управлять локомотивом по заданному графику. Конструкционная скорость современных советских грузовых электровозов — 100—ПО км/ч, а пассажирских (чехословацкой постройки) — 160 км/ч. На' магистрали Москва — Ленинград максимальные скорости экспрессов ЭР-200, выпускаемых Рижским вагоностроительным заводом, могут доходить до 200 км/ч.
На пригородных электрифицированных линиях пассажиры ездят в электропоездах (электричках), состоящих из моторных и прицепных вагонов. Под кузовом моторных вагонов на осях находятся тяговые двигатели. На концах крайних вагонов расположены кабины машиниста. Пригородный электропоезд может развивать скорость до 130 км/ч.
Тепловозы появились на советских железных дорогах более полувека назад по инициативе В. И. Ленина. Если электровоз получает энергию по проводам, то тепловоз вырабатывает ее на собственной электростанции. На магистральных тепловозах применяются дизели мощностью 2200, 3000, 4000 кВт и более. Эти тепловозы выпускаются обычно двухсекционными, с дизелем в каждой секции. У тепловоза 2ТЭ-10Л (в двухсекционном варианте) 2 дизеля мощностью по 2200 кВт. Тепловоз ТЭ-115 имеет двигатель мощностью 3000 кВт (в одной секции) и развивает скорость до 160 км/ч. Стали строить двухсекционные тепловозы с двигателями мощностью 3000 кВт в каждой секции и односекционные 4400 кВт. Дизели приводят в движение тепловоз не непосредственно, а с помощью электрической передачи — генераторов электрического тока и электродвигателей (подробнее об электрической передаче см. в ст. Механизм). На одном валу с дизелем тепловоза находится генератор постоянного электрического тока. Вырабатываемый генератором электрический ток поступает в тяговые электродвигатели, находящиеся на осях тепловоза.
Таким образом, наш серийный магистральный тепловоз можно было бы назвать тепло-электровозом.
Тепловоз сложнее электровоза и стоит дороже, зато он не требует контактной сети, тяговых подстанций. Тепловоз можно использовать везде, где только уложены железнодорожные пути. Но он нуждается в нефтяном топливе, запасы которого ограничены. Тепловозы сравнительно небольшой мощности, с дизелями мощностью 300—500 кВт, применяются для маневров в пределах железнодорожных станций.