De voornaamste onderdelen van de stoomlocomotief zijn: de stoomketel, de stoommachine en het frame met assen en wielen. We verklaren de werking in het kort aan de hand van fig. 4.
In de stoomketel verdampt water tot stoom. De warmtebron voor deze verdamping is over het algemeen steenkool, soms gemend met briketten. Deze brandstof wordt door de vuurdeur (1) op het rooster (2) gebracht, waar verbranding plaatsvindt. Het rooster bevindt zich aan de onderzijde van een kistvormige ruimte, genaamd vuurkist (3).
De rookgassen gaan uit de vuurkist gedeeltelijk om de vuurbrug (32) heen door de vlampijpen (4) naar de rookkast (5) en ontwijken door de schoorsteen.
Zowel vuurkist als vlampijpen zijn omgeven door water. De wanden van beide dragen de warmte aan het water over. Het bovenste deel van de ketel is gevuld met stoom. De veiligheidskleppen (6) worden geopend als de spanning van de stoom te hoog wordt.
Op de ketel zien we verder de stoomdom, waarin de afsluiter of regulateur (7) (“de kattekop"). Deze wordt geopend door draaien aan de hefboom (8) (de “lat") in het machinistenhuis. Bij openen van de afsluiter stroomt de stoom van de dom door de pijp (9) naar de stoomcilinders (10). We zien op de tekening één cilinder. In werkelijkheid zijn er 2, 3 of 4 van dergelijke cilinders aanwezig.
In de cilinder beweegt zich de zuiger (11) heen en weer. Deze heen- en weergaande beweging ontstaat door het beurtelings links en rechts van de zuiger toelaten en afvoeren van stoom. De druk van de stoom op de zuiger wordt door de zuigerstang (12), de kruiskop (13), de drijfstang (14) en de kruk (15) overgebracht op de drijfwielen (16). De heen- en weergaande beweging wordt daarbij omgezet in een draaiende beweging.
Daar één paar drijfwielen de krachten welke in het spel zijn bij het in beweging brengen van de trein, niet kan overbrengen op de spoorstaven zonder door te slaan, worden enige wielen aan elkaar gekoppeld door koppelstangen (17). Het aantal gekoppelde assen varieert bij Nederlandse locomotieven van twee tot vijf.
De meeste moderne locomotieven zijn voorzien van een oververhitter; daarbij passeert de stoom van de ketel komend op zijn weg naar de cilinder de oververhitter: een inrichting welke dient om de stoom extra te drogen en te verhitten. Dit geeft, naast vele technische voordelen, een vergroting van de capaciteit en van de economie van de locomotief. Van de oververhitter, welke niet op de tekening is aangegeven, gaat de stoom naar de schuifkast, waarin zich de stoomschuif (19) bevindt. Deze dient om de toe- en afvoer van de stoom naar de cilinders te regelen.
Door middel van de schuif wordt de stoom beurtelings rechts en links van de zuiger toegelaten en afgevoerd. De beweging van de schuif wordt afgeleid van een excentriek (20) op de drijfas. Er zijn 2 excentrieken, een voor elke rijrichting.
Het omkeren van de rijrichting vindt plaats door draaien aan het ganghandel (24). In de getekende stand staat de machine op vooruit. Door achteruit draaien van (24) worden (26) en (25) mede achteruit getrokken en door een hefboomstelsel wordt de schaar (23) omhoog bewogen. De beweging van de schuif, welke aanvankelijk werd afgeleid van het "vooruit”-excentriek, wordt nu teweeggebracht door het "achteruit”-excentriek.
Op de tekening zien we, hoe de ruimte links van de zuiger met het inwendige van de schuif verbonden is. Door een niet getekende holte (bij 21), gaat de afgewerkte stoom naar de uitlaat (22).
De hoeveelheid stoom welke aan de cilinders wordt toegevoerd, wordt geregeld met het ganghandel. Een maatstaf voor deze hoeveelheid is de "vulling" van de cilinders. Op dit begrip gaan we niet nader in. We merken slechts op, dat in de getekende stand, ganghandel voorin, de machine met volle vulling werkt; en in de middenstand is de vulling vrijwel nul. Door het plaatsen in tussenstanden kan elke gewenste vulling gegeven worden.
De beschreven inrichting voor het vóór- en achteruit rijden draagt de naam schaarbeweging. Er zijn enige soorten van schaarbewegingen.
Het locomotiefbedrijf is een zeer geforceerd bedrijf. Er moet op een betrekkelijk klein rooster een zeer grote hoeveelheid steenkool verbrand worden. Daartoe is nodig, dat er een sterke trek op het vuur aanwezig is. En voor een hoge schoorsteen is op de locomotief geen plaats.
De trek op het vuur wordt verkregen door middel van de exhaust (22). De afgewerkte stoom zuigt met dit apparaat de rookgassen uit de rookkast door de schoorsteen naar buiten. Met dit systeem wordt bereikt, dat de trek op het vuur, en dus ook de stoomproductie van de ketel, automatisch wordt aangepast aan de vraag naar stoom van de machine. Heeft de machine veel stoom noodig, bij het vervoeren van zware treinen, bij het rijden met grote snelheid, bij het bestijgen van hellingen, dan geeft deze ook veel afgewerkte stoom af en wordt dus door de grotere zuigkracht van de exhaust de trek op het vuur vergroot.
De machinist behoeft slechts de stoomtoevoer naar de machine te regelen door meer of minder vulling te geven. Het spreekt vanzelf, dat bij hoog stoomverbruik meer kolen op het rooster gebracht moeten worden.
Een zeer belangrijk deel van de locomotief moeten we nog bespreken: de tender.
De locomotief heeft voor zijn voortbeweging brandstof noodig, maar ook een aanzienlijke hoeveelheid water. Al het water dat in den ketel verdampt en als stoom naar de cilinders wordt gevoerd, verdwijnt door de schoorsteen.
In de tender wordt de voorraad kolen en water meegevoerd. Het water wordt uit de tender in de ketel gepompt. Uit de tenderbak (29), welke, om opstuwing van het water tijdens het remmen en aanzetten te voorkomen, voorzien is van schotten, gaat het water door de tenderwel (30) en de waterkoppeling (31) naar de voedingpomp, welke het in den ketel perst. Uit de ketel gaat het, na verdampt te zijn tot stoom, naar de machine en van de machine door exhaust en schoorsteen naar buiten.
Ten einde een beeld te geven van de hoeveelheid water welke de locomotief verbruikt, zij vermeld, dat de tender van de grootste locomotief der N.S. 6 ton kolen en 28 m3 (dus 28 ton) water kan bevatten. De locomotieven in Nederland gebruiken per jaar totaal ongeveer 5 miljoen m3 water.
Niet alle locomotieven zijn voorzien van een afzonderlijke tender. Bij locomotieven voor korte trajecten is de water- en kolenruimte op de machine zelf aangebracht. Dit zijn de tenderlocomotieven, welke het voordeel hebben, dat ze in beide rijrichtingen gelijkwaardig zijn, m.a.w. met eenzelfde snelheid vooruit en achteruit mogen rijden. Bij deze locomotieven is dus het tijdrovende draaien op een draaischijf overbodig.
