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蒸汽火车的发动机其实就是个燃煤蒸汽锅炉，通过煤的燃烧使水变成高压高温蒸汽（蒸汽具有很大的能量），把蒸汽喷在发动机汽缸里推动活塞，活塞通过带动其他机械使车轮前进。
蒸汽火车主要由四大部分组成：锅炉、汽机、车架走行部分和煤水车。锅炉是用来产生和贮存蒸汽的装置，是机车的“心脏”。锅炉用钢板焊接而成，主要由火箱、锅胴、烟箱三部分组成。
火箱是烧煤的地方，分内外层，内层叫内火箱，外层叫外火箱，两层之间充满了水。火箱底部是炉床和灰箱，灰箱是用来接存煤灰的。锅胴在锅炉的中部，它的后端与外火箱相接，前端与烟箱连接，内部有大烟管、小烟管，大烟管里还装有过热管。火箱里的煤在燃烧时，通过内火箱板和小烟管加热锅水，并通过大烟管对过热管里的蒸汽进一步加热，把它变成过热蒸汽。锅胴的顶部有一个汽包，用来 集聚蒸汽，汽包内装有汽门(调整阀)。
烟箱在锅炉的前端，锅胴分界的足烟箱管板，烟箱内有通风、排烟装置。除了以上三部分，锅炉还装有安全阀、注水器、水表、汽压表等必要的附属装置。安全阀是个重要部件，每台机车上一般至少装两个 . 当锅炉内蒸汽压强超过规定时，安全阀自动打开放汽，降低炉内压强。注水器可随时向锅炉内补水。锅炉内的水位和蒸汽压强则通过水表、汽压表观察。
汽机、车架走行部由车架、弹簧装置、动轮轮对、导轮转向架、从轮转向架和牵引装置等构成。锅炉、汽机等固定在车架上，弹簧吊杆、均衡梁和销套与弹簧相互连接组成弹簧装置，车架悬置在各个弹簧上，弹簧鞍的上部支撑弹簧，中部跨装在动轮轴箱顶部。弹簧支撑的重量，经过轴箱体、轴瓦、轴颈、传到轮对。