Lokomotif

Kata lokomotif berasal dari bahasa Latin loco 'dari suatu tempat', ablativus dari locus 'tempat', dan bahasa Latin Abad Pertengahan motivus 'menyebabkan gerak', dan merupakan kependekan dari istilah mesin lokomotif,^[1] yang pertama kali digunakan pada tahun 1814^[2] untuk membedakan mesin uap bergerak dan mesin uap stasioner.

Sebelum ditemukannya lokomotif, tenaga penggerak kereta dapat dihasilkan oleh berbagai metode berteknologi rendah seperti tenaga manusia, tenaga kuda, gravitasi, atau mesin stasioner yang menggerakkan sistem kabel. Hanya sedikit sistem seperti itu yang masih ada hingga saat ini. Lokomotif dapat menghasilkan tenaga dari bahan bakar (kayu, batu bara, minyak bumi atau gas alam), atau dapat mengambil tenaga dari sumber listrik luar. Sangat umum untuk mengklasifikasikan lokomotif berdasarkan sumber tenaganya. Yang umum meliputi:

Lokomotif uap merupakan jenis lokomotif dengan tenaga mesin uap. Bentuk lokomotif uap yang paling umum juga dilengkapi dengan ketel untuk menghasilkan uap yang digunakan oleh mesin. Air dalam ketel dipanaskan dengan membakar bahan yang mudah terbakar – biasanya batu bara, kayu, atau minyak – untuk menghasilkan uap. Uap tersebut menggerakkan piston bolak-balik yang dihubungkan dengan roda utama lokomotif yang disebut dengan “roda penggerak”. Persediaan bahan bakar dan air diangkut bersama lokomotif, baik di atas lokomotif itu sendiri, di dalam bunker dan tangki, (susunan ini dikenal sebagai "lokomotif tangki") atau ditarik di belakang lokomotif, sebagai tender, (susunan ini dikenal sebagai " lokomotif tender").

Lokomotif uap pertama diciptakan oleh Richard Trevithick pada tahun 1802. Lokomotif ini dibangun untuk pabrik besi Coalbrookdale di Shropshire di Inggris meskipun tidak ada catatan yang bertahan tentang proses penggarapannya.^[3] Pada tanggal 21 Februari 1804, perjalanan kereta api uap pertama yang tercatat terjadi saat lokomotif Trevithick lainnya mengangkut kereta api dari pabrik besi Penydarren, di Merthyr Tydfil, ke Abercynon di South Wales.^[4][5] Ditemani oleh Andrew Vivian, acara ini berjalan sukses.^[6] Desainnya menggabungkan sejumlah inovasi penting termasuk penggunaan uap bertekanan tinggi yang mengurangi bobot mesin dan meningkatkan efisiensinya.

Pada tahun 1812, lokomotif rel gerigi dua silinder milik Matthew Murray, Salamanca, pertama kali dijalankan di jalur kereta api Middleton Railway yang memiliki rel pinggir;^[7] lokomotif ini secara umum dianggap sebagai lokomotif pertama yang sukses secara komersial.^[8][9] Lokomotif awal terkenal lainnya adalah Puffing Billy, dirakit pada tahun 1813–14 oleh insinyur William Hedley untuk Wylam Colliery dekat Newcastle upon Tyne. Lokomotif ini merupakan lokomotif tertua yang dipreservasi, dan dipajang secara statis di Museum Sains, London. George Stephenson merakit Locomotion No. 1 untuk Stockton & Darlington Railway di timur laut Inggris, yang merupakan kereta api uap umum pertama di dunia. Pada tahun 1829, putranya Robert merakit The Rocket di Newcastle upon Tyne. Rocket memenangkan Rainhill Trials. Keberhasilan ini membawa perusahaan ini menjadi pembuat lokomotif uap terkemuka yang digunakan pada perkeretaapian di Britania, Amerika Serikat, dan sebagian besar Eropa.^[10] Jalur kereta api Liverpool & Manchester, yang dibangun oleh Stephenson, dibuka setahun kemudian dengan menggunakan tenaga uap secara eksklusif untuk kereta api penumpang dan barang.

Lokomotif uap masih menjadi lokomotif yang umum hingga pascaperang Dunia II.^[11] Lokomotif uap kurang efisien dibandingkan lokomotif diesel dan listrik modern, dan diperlukan biaya dan tenaga yang lebih besar untuk mengoperasikan dan menyervisnya.^[12] Laporan British Rail menunjukkan bahwa biaya awak dan bahan bakar lokomotif uap sekitar dua setengah kali lebih besar daripada biaya pemeliharaan lokomotif diesel yang setara, dan jarak tempuh harian yang dapat dijalankan lebih rendah.^{[butuh rujukan]} Antara sekitar tahun 1950 dan 1970, sebagian besar lokomotif uap dihentikan dari layanan komersial dan diganti dengan lokomotif listrik dan diesel-elektrik.^[13][14] Meskipun Amerika Utara mengalami transisi dari lokomotif uap pada tahun 1950-an, dan benua Eropa pada tahun 1970-an; di belahan dunia lain, transisi tersebut terjadi kemudian. Uap merupakan teknologi yang banyak digunakan dan menggunakan bahan bakar yang tersedia secara luas dan di negara-negara berkembang. Hal ini terus digunakan di banyak negara hingga akhir abad ke-20. Pada akhir abad ke-20, satu-satunya tenaga uap yang masih digunakan secara rutin di seluruh dunia adalah pada jalur kereta api warisan sejarah.

Lokomotif jenis ini menggunakan mesin pembakaran dalam yang dihubungkan ke roda penggerak melalui transmisi. Hal ini akan menjaga lokomotif mendekati konstan saat diam maupun bergerak. Lokomotif pembakaran dalam dikategorikan berdasarkan jenis bahan bakarnya dan disubkategorikan berdasarkan jenis transmisinya.

Lokomotif jenis ini menggunakan bahan bakar minyak tanah. Lokomotif ini dianggap sebagai lokomotif pembakaran dalam pertama di dunia, mendahului lokomotif diesel dan jenis lainnya dalam beberapa tahun. Kendaraan rel minyak tanah pertama yang diketahui adalah dresin yang dibuat oleh Gottlieb Daimler pada tahun 1887,^[15] tetapi secara teknis ini bukan lokomotif karena membawa muatan.

Lokomotif minyak tanah dirakit pertama kali tahun 1894 oleh Priestman Brothers dari Kingston upon Hull untuk digunakan di dermaga Hull. Lokomotif ini dibangun menggunakan mesin kapal bertenaga 12 hp, dengan putaran hingga 300 rpm, dipasang pada sasis wagon 4 roda. Lokomotif ini hanya mampu mengangkut satu gerbong bermuatan dalam satu waktu, karena dayanya sangat rendah, dan tidak sukses signifikan.^[16] Lokomotif minyak tanah pertama yang sukses adalah Lachesis yang dirakit oleh Richard Hornsby & Sons dan dikirim ke Woolwich Arsenal Railway pada tahun 1896. Perusahaan ini merakit empat lokomotif minyak tanah antara tahun 1896 dan 1903, untuk digunakan di Arsenal.

Lokomotif bensin menggunakan bensin sebagai bahan bakarnya. Lokomotif bensin pertama yang sukses secara komersial adalah lokomotif bensin–mekanik yang dirakit oleh Maudslay Motor Company pada tahun 1902, untuk Pasar Hewan Deptford di London. Lokomotif ini menggunakan mesin bensin vertikal 3 silinder bertenaga 80 hp, dengan gearbox mekanik dua percepatan.

Jenis lokomotif bensin yang paling umum adalah lokomotif bensin–mekanik, yang menggunakan transmisi mekanik dalam bentuk gearbox (terkadang bersamaan dengan penggerak rantai) untuk menyalurkan tenaga mesin ke roda penggerak, seperti halnya mobil. Lokomotif bensin–mekanik kedua dirakit oleh F.C. Blake dari Kew pada bulan Januari 1903 untuk Badan Pengelola Saluran Air Limbah Richmond.^[17][18][16]

Lokomotif bensin–elektrik merupakan lokomotif berbahan bakar bensin yang menggunakan transmisi listrik untuk menyalurkan tenaga keluaran mesin ke roda penggerak. Hal ini menghindari kebutuhan gearbox dengan mengubah gaya mekanis putaran mesin menjadi energi listrik melalui dinamo, dan kemudian menggerakkan roda dengan motor traksi listrik. Hal ini memungkinkan perlajuan yang lebih halus. Ini juga menghindari perlunya pergantian gigi transmisi. Namun, transmisi ini lebih mahal, lebih berat, dan terkadang lebih besar dibandingkan transmisi mekanik.

Lokomotif bensin–elektrik awal yang terkenal dirakit pada tahun 1913 untuk Minneapolis, St. Paul, Rochester and Dubuque Electric Traction Company. Beratnya 60 ton, menghasilkan 350 hp dan ditopang menggunakan bogie dengan susunan gandar Bo-Bo.^[19][20]

Lokomotif diesel digerakkan oleh mesin diesel. Pada masa awal pengembangan propulsi diesel, berbagai sistem transmisi digunakan dengan tingkat keberhasilan yang berbeda-beda, dengan transmisi elektrik terbukti menjadi yang paling populer.

Lokomotif diesel–mekanik menggunakan transmisi mekanik untuk mentransfer tenaga ke roda. Jenis transmisi ini umumnya terbatas pada lokomotif langsir bertenaga rendah dan berkecepatan rendah, rangkaian kereta rel ringan, dan kereta rel dengan penggerak sendiri. Lokomotif diesel paling awal adalah lokomotif diesel–mekanik. Pada tahun 1906, Rudolf Diesel, Adolf Klose dan produsen mesin uap dan diesel Gebrüder Sulzer mendirikan Diesel-Sulzer-Klose GmbH untuk memproduksi lokomotif diesel. Kereta Api Negara Prusia memesan lokomotif diesel dari perusahaan tersebut pada tahun 1909. Lokomotif bertenaga diesel pertama di dunia (lokomotif diesel–mekanik) dioperasikan pada musim panas tahun 1912 di jalur kereta Winterthur–Romanshorn di Swiss, tetapi tidak sukses secara komersial.^[21] Purwarupa lokomotif diesel dalam jumlah kecil diproduksi di sejumlah negara hingga pertengahan tahun 1920-an.

Lokomotif diesel–elektrik adalah lokomotif diesel yang menggunakan transmisi listrik. Mesin diesel menggerakkan generator DC listrik (umumnya kurang dari traksi netto 3.000 tenaga kuda (2.200 kW)), atau alternator-rectifier AC listrik (umumnya traksi netto 3.000 tenaga kuda (2.200 kW)), yang keluarannya memberikan tenaga ke motor traksi yang menggerakkan lokomotif. Tidak ada hubungan mekanis antara mesin diesel dan roda. Mayoritas lokomotif diesel saat ini adalah diesel–elektrik.

Pada tahun 1914, Hermann Lemp, seorang rekayasawan listrik General Electric, mengembangkan dan mematenkan sistem kendali listrik arus searah yang andal (perbaikan selanjutnya juga dipatenkan oleh Lemp).^[22] Desain Lemp menggunakan tuas tunggal untuk mengendalikan mesin dan generator secara terkoordinasi, dan merupakan purwarupa untuk semua kendali lokomotif diesel–elektrik. Pada tahun 1917–18, GE memproduksi tiga lokomotif diesel-listrik eksperimental menggunakan desain panel kontrol Lemp.^[23] Pada tahun 1924, lokomotif diesel–elektrik (E^el2, nomor asli Юэ 001/Yu-e 001) mulai beroperasi. Lokomotif ini dirancang oleh tim yang dipimpin oleh Yury Lomonosov dan dirakit pada tahun 1923–1924 oleh Maschinenfabrik Esslingen di Jerman. Lokomotif ini memiliki 5 gandar penggerak (1'E1'). Setelah beberapa kali uji coba, lokomotif ini mampu menarik kereta api selama hampir tiga dekade dari tahun 1925 hingga 1954.^[24]

Lokomotif diesel hidraulik adalah lokomotif diesel yang menggunakan transmisi hidraulik. Dalam pengaturan ini, lokomotif ini menggunakan satu atau lebih konverter torsi, dikombinasikan dengan roda gigi, dengan penggerak akhir mekanis untuk menyalurkan tenaga dari mesin diesel ke roda.

Perusahaan yang banyak mengandalkan lok diesel–hidraulik adalah Deutsche Bundesbahn, dengan desain termasuk DB V 200 dan V 160. British Rail memperkenalkan sejumlah desain diesel hidraulik selama Rencana Modernisas 1955: awalnya merupakan versi desain Jerman yang dibuat dengan lisensi. Di Spanyol, Renfe menggunakan desain Jerman bermesin ganda dengan rasio daya-ke-berat yang tinggi untuk mengangkut kereta berkecepatan tinggi dari tahun 1960-an hingga 1990-an (Renfe 340, 350, 352, 353, 354).

Sistem penggerak hidrostatis juga telah diterapkan pada penggunaan kereta api, misalnya pelangsir 350 hingga 750 hp (260 hingga 560 kW) milik CMI Group (Belgia).^[25] Penggerak hidrostatis juga digunakan pada mesin pemeliharaan jalan rel seperti mesin pecok dan gerinda rel.^[26]

Lokomotif turbin gas jenis lokomotif yang menggunakan tenaga turbin gas. Mesin pembakaran dalam memerlukan transmisi untuk menggerakkan roda. Mesin harus dibiarkan terus berjalan ketika lokomotif dihentikan.

Lokomotif turbin gas–mekanik menggunakan transmisi mekanis untuk menyalurkan daya ke roda. Lokomotif turbin gas dipatenkan pada tahun 1861 oleh Marc Antoine Francois Mennons (paten Britania Raya no. 1633).^[27] Tidak ada bukti bahwa lokomotif tersebut benar-benar dirakit tetapi desainnya mencakup fitur-fitur penting lokomotif turbin gas, termasuk kompresor, ruang bakar, turbin, dan pemanas awal udara. Pada tahun 1952, Renault mengajukan purwarupa lokomotif turbin gas mekanik empat gandar berdaya 1.150 hp dilengkapi dengan sistem Pescara, bukan kompresor multi-tahap koaksial yang terintegrasi dengan turbin. Model ini digantikan oleh sepasang lokomotif enam gandar berdaya 2.400 hp dengan dua turbin dan feed Pescara pada tahun 1959. Beberapa lokomotif serupa dirakit di Uni Soviet oleh Kharkov Locomotive Works.^[28]

Lokomotif turbin gas elektrik, menggunakan turbin gas untuk menggerakkan generator listrik atau alternator yang menghasilkan arus listrik yang menggerakkan motor traksi yang menggerakkan roda. Pada tahun 1939 Kereta Api Federal Swiss memesan Am4/6, sebuah lokomotif turbin gas elektrik berdaya 1.620 kW (2.170 hp) produksi Brown Boveri. Selesai dirakit pada tahun 1941, dan kemudian menjalani pengujian sebelum memasuki layanan reguler. Am 4/6 adalah lokomotif turbin gas elektrik pertama. British Rail 18000 dirakit oleh Brown Boveri dan dikirim pada tahun 1949. British Rail 18100 dirakit oleh Metropolitan-Vickers dan dikirim pada tahun 1951. Lokomotif ketiga, British Rail GT3, dirakit pada tahun 1961. Union Pacific menjalankan armada besar lokomotif barang bertenaga turbin mulai tahun 1950-an.^[29] Lokomotif ini banyak digunakan pada rute jarak jauh, dan hemat biaya meskipun penghematan bahan bakarnya buruk karena penggunaan "sisa" bahan bakar dari industri perminyakan. Pada puncaknya, perusahaan ini memperkirakan bahwa lokomotif-lokomotif jenis ini menggerakkan sekitar 10% kereta barang Union Pacific, penggunaan yang jauh lebih luas dibandingkan contoh lain di kelas ini.

Lok turbin gas menawarkan keunggulan terhadap mesin piston. Terdapat sedikit komponen yang bergerak, sehingga memangkas penggunaan pelumas dan menghemat biaya perawatan, dan menawarkan rasio daya terhadap berat yang lebih tinggi. Turbin dengan keluaran daya tertentu juga secara fisik lebih kecil daripada mesin piston yang sama kuatnya, sehingga lokomotif menjadi sangat bertenaga tanpa menjadi terlalu besar. Namun, daya dan efisiensi turbin turun drastis seiring dengan kecepatan putaran, tidak seperti mesin piston, yang memiliki kurva tenaga yang relatif datar. Hal ini membuat lok ini diandalkan untuk melaju kencang dengan jarak jauh. Masalah tambahan dengan lokomotif listrik turbin gas termasuk kebisingannya yang sangat tinggi.^[30]

Lokomotif listrik adalah lokomotif yang digerakkan oleh tenaga listrik. Listrik dipasok ke kereta api yang berjalan dengan konduktor (hampir) kontinu mengikuti lintasan yang dapat berupa: listrik aliran atas, berupa kawat digantung pada tiang di sepanjang lintasan atau di langit-langit terowongan; rel ketiga yang dipasang di atas rel sejajar lintasan; atau baterai (aki). Baik kabel LAA maupun sistem rel ketiga menggunakan rel tempat kereta berjalan sebagai konduktor balik, tetapi beberapa sistem menggunakan rel keempat yang terpisah untuk tujuan ini. Jenis daya listrik yang digunakan adalah arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC).

Ada beberapa cara lokomotif (dan KRL) untuk mendapatkan arus: untuk LAA dapat menggunakan tiang troli; busur konduktif, atau pantograf; dan untuk rel ketiga menggunakan sepatu kontak. Dari ketiganya, metode pantograf paling cocok untuk pengoperasian kecepatan tinggi.

Lokomotif listrik hampir secara universal menggunakan motor traksi yang dipasang pada gandar, dengan satu motor untuk setiap gandar bertenaga. Dalam susunan ini, salah satu sisi rumahan motor ditopang oleh laher dan ujung gandar yang dipoles yang merupakan bagian integral dari gandar. Sisi lain dari rumahan memiliki tonjolan berbentuk lidah yang dipasangkan pada slot di bolster bogie, fungsinya sebagai peranti reaksi torsi, sekaligus sebagai penyangga. Perpindahan daya dari motor ke gandar dipengaruhi oleh perputaran roda gigi, dengan putaran roda gigi kecil (pinion) akan memutar roda gigi besar (bull gear). Kedua roda gigi dibungkus dalam wadah kedap cairan yang berisi minyak pelumas. Perbandingan roda gigi akan menentukan jenis lokomotifnya. Rasio numerik yang tinggi biasanya ditemukan pada unit lokomotif barang, sedangkan rasio numerik yang rendah umumnya ditemukan pada lokomotif penumpang.

Listrik biasanya dihasilkan di pembangkit listrik yang besar dan relatif efisien, disalurkan ke jaringan kereta api dan didistribusikan ke kereta api. Beberapa jalur kereta api listrik memiliki stasiun pembangkit dan jalur transmisi khusus, tetapi sebagian besar membeli daya dari perusahaan listrik. Kereta api biasanya menyediakan jalur distribusi, sakelar pemutus, dan trafo sendiri.

Lokomotif listrik biasanya 20% lebih murah dibandingkan lokomotif diesel, biaya pemeliharaannya 25–35% lebih rendah, dan biaya pengoperasiannya hingga 50% lebih murah.^[31]

Sistem paling awal adalah sistem DC. Kereta api listrik pertama diperkenalkan oleh Werner von Siemens di Berlin pada tahun 1879. Lokomotif ini digerakkan oleh motor rangkaian seri bertenaga 2,2 kW, dan mampu menarik rangkaian tiga kereta hingga mencapai kecepatan 13 km/jam. Selama empat bulan, kereta tersebut mengangkut 90.000 penumpang di jalur lingkar sepanjang 300 meter (984 kaki). Listrik (150 V DC) dipasok melalui rel ketiga berinsulator di antara rel. Rol kontak digunakan untuk mengumpulkan listrik. Jalur trem listrik pertama di dunia dibuka di Lichterfelde dekat Berlin, Jerman, pada tahun 1881. Dibangun oleh Werner von Siemens (lihat jalur trem Gross-Lichterfelde dan Berlin Straßenbahn). Jalur kereta rel listrik Volk dibuka pada tahun 1883 di Brighton, dan merupakan kereta rel listrik tertua yang masih ada. Juga pada tahun 1883, Trem Mödling dan Hinterbrühl dibuka di dekat Wina di Austria. Ini adalah layanan reguler pertama di dunia yang ditenagai oleh listrik aliran atas. Lima tahun kemudian, troli listrik di Amerika Serikat dirintis pada tahun 1888 di Richmond Union, menggunakan peralatan yang dirancang oleh Frank J. Sprague.^[32]

Jalur bawah tanah pertama yang dikerjakan secara elektrik adalah City & South London Railway, yang dipicu oleh klausul dalam undang-undang yang melarang penggunaan tenaga uap.^[33] Dibuka pada tahun 1890, menggunakan lokomotif listrik yang dibuat oleh Mather & Platt. Listrik dengan cepat menjadi sumber listrik pilihan bagi kereta bawah tanah, didukung oleh penemuan multiple-unit control di Sprague pada tahun 1897.

Elektrifikasi lintas utama pertama kali terjadi pada jalur sabuk Baltimore sejauh 4 mil di Baltimore & Ohio (B&O) pada tahun 1895 yang menghubungkan jalur utama ke jalur baru New York melalui banyak terowongan di sekitar tepi pusat kota Baltimore. Tiga unit lok bergandar Bo+Bo awalnya digunakan, di ujung selatan petak yang sudah dielektrifikasi; kereta api dirangkaikan ke lokomotif dan menariknya masuk terowongan.^[34]

DC digunakan pada sistem lawas. Sistem ini secara bertahap digantikan oleh AC. Saat ini, hampir semua jalur kereta api utama menggunakan sistem AC. Sistem DC sebagian besar terbatas pada angkutan perkotaan seperti sistem metro, kereta api ringan dan trem, yang kebutuhan listriknya lebih sedikit.

Lokomotif listrik AC yang pertama untuk tujuan praktis dirancang oleh Charles Brown, yang kemudian bekerja untuk Oerlikon, Zürich. Pada tahun 1891, Brown telah mendemonstrasikan transmisi listrik jarak jauh, menggunakan AC tiga fase, antara PLTA di Lauffen am Neckar dan Frankfurt am Main West, yang berjarak 280 km. Menggunakan pengalaman yang diperolehnya saat bekerja untuk Jean Heilmann pada desain lokomotif uap elektrik, Brown mengamati bahwa motor tiga fase memiliki rasio daya terhadap berat yang lebih tinggi daripada motor DC dan, karena tidak adanya komutator, lebih mudah untuk diproduksi. dan dirawat.^[a] Namun, ukurannya jauh lebih besar daripada motor DC pada saat itu dan tidak dapat dipasang di bogie; tetapi dimasukkan dalam badan lokomotif.^[36]

Pada tahun 1894, rekayasawan Hongaria Kálmán Kandó mengembangkan motor penggerak listrik asinkron 3 fase tipe baru dan generator untuk lokomotif listrik. Desain Kandó pada awal tahun 1894 pertama kali diterapkan pada jalur trem AC tiga fase pendek di Evian-les-Bains (Prancis), yang dibangun antara tahun 1896 dan 1898.^{[37][38][39][40][41]} Pada tahun 1918,^[42] Kandó menemukan dan mengembangkan konverter fase putar, yang memungkinkan lokomotif listrik menggunakan motor tiga fase yang tenaganya dipasok melalui LAA, membawa frekuensi industri sederhana (50 Hz) AC satu fase dari jaringan listrik nasional bertegangan tinggi.^[43]

Pada tahun 1896, Oerlikon memasang contoh komersial pertama dari sistem tersebut di Jalur Trem Lugano. Setiap lokomotif seberat 30 ton memiliki dua motor traksi berdaya 110 kW (150 hp) ditenagai listrik 750 V 40 Hz 3-fase dari LAA berganda. Motor 3-fase berjalan dengan kecepatan konstan dan memberikan pengereman regeneratif, dan sangat cocok untuk jalur curam, dan lokomotif tiga fase jalur utama pertama dipasok oleh Brown (saat itu bermitra dengan Walter Boveri) pada tahun 1899 di jalur Burgdorf—Thun, Swiss sejauh 40 km. Implementasi pertama pasokan AC satu fase frekuensi industri untuk lokomotif muncul dari Oerlikon pada tahun 1901, menggunakan desain Hans Behn-Eschenburg dan Emil Huber-Stokar; pemasangan di jalur Seebach-Wettingen dari Kereta Api Federal Swiss rampung 1904. Lokomotif 15 kV, 50 Hz 345 kW (460 hp), 48 ton menggunakan trafo dan konverter putar untuk menggerakkan motor traksi DC.^[44]

Lokomotif jenis ini digunakan jika lokomotif diesel atau listrik tidak cocok. Contohnya adalah pemeliharaan prasarana jalur KRL ketika listrik padam. Penggunaan lainnya adalah pada fasilitas industri, yang lokomotif bertenaga pembakaran (misalnya uap atau diesel) dapat menimbulkan masalah keselamatan karena risiko kebakaran, ledakan, atau asap di ruang tertutup. Lokomotif jenis ini digunakan pada tambang, tempat gas dapat tersulut oleh tiang troli yang dapat menghasilkan busur api di sepatu kontak, atau tempat hambatan listrik dapat timbul di sambungan rel, sehingga menyebabkan kebocoran arus listrik yang berbahaya ke dalam tanah.^[45] Lokomotif baterai dalam layanan jalan raya dapat mengisi ulang sekaligus menyerap energi pengereman dinamis.^[46]

Lokomotif listrik pertama diciptakan pada tahun 1837 oleh kimiawan Robert Davidson dari Aberdeen, dan digerakkan oleh sel galvanik. Davidson kemudian merakit lokomotif yang lebih besar bernama Galvani, yang dipamerkan di Pameran Royal Scottish Society of Arts pada tahun 1841. Kendaraan seberat tujuh ton ini memiliki dua motor reluktansi penggerak langsung, dengan elektromagnet tetap yang bekerja pada batang besi yang dipasang pada silinder kayu di setiap poros, dan komutator sederhana. Lok ini mampu menghela beban enam ton dengan kecepatan 4 mil per jam (6,4 kilometer per jam) untuk jarak 1,5 mil (2,4 kilometer). Lok ini pernah diuji di jalur kereta api Edinburgh dan Glasgow pada bulan September tahun berikutnya, tetapi daya baterai yang terbatas menghalangi penggunaan umum.^[47][48][49]

Contoh lainnya adalah di Tambang Tembaga Kennecott, Latouche, Alaska, tempat jalur bawah tanah dilebarkan tahun 1917 untuk memungkinkan pengoperasian dua lokomotif baterai 4 ½ ton.^[50] Pada tahun 1928, Kennecott memesan empat lokomotif listrik seri 700 dengan baterai terpasang. Lokomotif ini berbobot 85 ton menggunakan tiang troli dengan LAA 750 volt dengan jangkauan yang lebih jauh serta diperlengkapi baterai.^[51] Lokomotif ini beroperasi selama beberapa dekade dengan menggunakan teknologi baterai nikel-besi (Edison). Baterainya diganti dengan baterai timbal-asam, dan lokomotifnya langsung dipensiunkan setelahnya. Keempat lokomotif tersebut disumbangkan ke museum, tetapi satu batal. Yang lainnya dapat dilihat di jalur kereta api Boone and Scenic Valley, Iowa, dan di Museum Kereta Api Western di Rio Vista, California. Komisi Transit Toronto sebelumnya mengoperasikan lokomotif baterai-elektrik yang dirakit oleh Nippon Sharyo pada tahun 1968 dan pensiun pada tahun 2009.^[52]

London Underground mengoperasikan lokomotif baterai-listrik sebagai sarana pemeliharaan jalan rel.

Pada awal 1950-an, Lyle Borst dari Universitas Utah didanai perusahaan kereta api dan produsen bakal pelanting di Amerika Serikat untuk mempelajari kelayakan lokomotif nuklir-elektrik, yang menggunakan reaktor nuklir untuk memanaskan uap sehingga menghasilkan listrik. Pada saat itu, tenaga nuklir belum berkembang; Borst mengakui bahwa batu sandungan terbesarnya adalah harga uranium. Dengan lokomotif atom Borst, bagian tengahnya akan memiliki ruang reaktor seberat 200 ton dan dinding baja setebal 5 kaki untuk mencegah pelepasan radioaktivitas jika terjadi kecelakaan. Ia memperkirakan biaya pembuatan lokomotif nuklir dengan mesin 7.000 hp sebesar US$1.200.000.^[53] Akibatnya, kereta api dengan pembangkit nuklir dianggap tidak layak beroperasi reguler karena biayanya yang mahal.

Pada tahun 2002, lokomotif hidrogen (sel bahan bakar) pertama seberat 3,6 ton, berdaya 17 kW didemonstrasikan di Val-d'Or, Quebec. Pada tahun 2007, jalur kereta hidrogen untuk tujuan pendidikan di Kaohsiung, Taiwan mulai beroperasi. Railpower GG20B akhirnya menjadi contoh lain dari lokomotif listrik sel bahan bakar.

Ada banyak jenis lokomotif hibrida atau multipower yang menggunakan dua atau lebih jenis tenaga penggerak. Lok hibrida yang paling umum adalah lokomotif elektro-diesel yang ditenagai oleh pasokan listrik sekaligus mesin diesel. Ini digunakan untuk menyediakan perjalanan jauh yang hanya sebagian dialiri listrik. Contohnya EMD FL9 dan Bombardier ALP-45DP

Ada tiga kegunaan utama lokomotif dalam operasional kereta api: untuk mengangkut kereta api penumpang, kereta api barang, dan untuk langsiran.

Lokomotif khusus KA barang dirancang untuk menghasilkan gaya traksi permulaan yang tinggi dan daya besar. Hal ini memungkinkan lokomotif untuk memulai menggerakkan kereta yang panjang dan berat, tetapi biasanya mengorbankan kecepatan maksimum yang relatif rendah. Sebaliknya, lokomotif khusus KA penumpang biasanya dirancang untuk tenaga traksi awal yang lebih rendah tetapi mampu beroperasi pada kecepatan tinggi yang diperlukan untuk memenuhi jadwal penumpang. Lokomotif serba guna yang dimaksudkan untuk kereta penumpang sekaligus barang tidak menghasilkan gaya traksi permulaan sebesar lokomotif barang tetapi mampu mengangkut kereta yang lebih berat daripada lokomotif penumpang.

Kebanyakan lokomotif uap mempunyai mesin bolak-balik, dengan piston yang dipasangkan ke roda penggerak melalui batang penghubung, tanpa gearbox perantara. Artinya kombinasi gaya traksi mula-mula dan kecepatan maksimum sangat dipengaruhi oleh diameter roda penggerak. Lokomotif uap untuk angkutan barang mempunyai diameter roda penggerak yang lebih kecil dibandingkan lokomotif penumpang.

Pada lokomotif diesel elektrik dan listrik, sistem kendali antara motor traksi dan gandar menyesuaikan keluaran daya ke rel untuk layanan barang atau penumpang. Lokomotif penumpang mungkin memiliki fitur lain, seperti generator listrik terpasang (head-end power) maupun generator uap.

Beberapa lokomotif dirancang khusus untuk digunakan pada jalur curam, dan dilengkapi mekanisme pengereman tambahan yang ekstensif dan terkadang roda gigi. Lokomotif uap yang dibangun untuk jalur rel gerigi sering kali memiliki ketel uap yang dimiringkan relatif terhadap sasis lokomotif, sehingga ketel uap kira-kira tetap rata pada tanjakan yang curam.

Lokomotif juga digunakan pada beberapa kereta kecepatan tinggi. Beberapa di antaranya dioperasikan dalam formasi tarik-dorong dengan kereta trailer berkabin pada ujung lainnya, yang memiliki kabin masinis dengan desain yang sama dengan kabin lokomotif; contoh kereta api dengan lokomotif konvensional adalah Railjet dan Intercity 225.

Banyak kereta berkecepatan tinggi, seperti semua TGV, Talgo (250/350/Avril/XXI), unit kereta dari Korea Train Express, ICE 1/ICE 2, dan Intercity 125, menggunakan kereta berpenggerak khusus, yang tidak memiliki kabin penumpang dan secara teknis adalah lokomotif khusus berujung tunggal. Perbedaannya dengan lokomotif konvensional adalah kereta bertenaga ini merupakan bagian integral dari kereta api dan tidak cocok untuk dirangkaikan dengan kereta penumpang lainnya. Di sisi lain, banyak kereta berkecepatan tinggi seperti Shinkansen yang tidak pernah menggunakan lokomotif. Alih-alih menggunakan kereta listrik seperti lokomotif, mereka menggunakan kereta rel listrik (KRL) atau diesel (KRD) – kereta penumpang yang dipasangi motor traksi dan peralatan listrik. Menggunakan kereta berpenggerak khusus memungkinkan perjalanan berkualitas dan peralatan listrik yang lebih sedikit;^[54] tetapi KRL memiliki bobot gandar yang lebih sedikit, sehingga mengurangi biaya perawatan, dan KRL juga memiliki perlajuan lebih tinggi dan kapasitas tempat duduk lebih tinggi.^[54] Beberapa kereta api, seperti TGV PSE, TGV TMST dan TGV V150, juga menggunakan kereta berpenggerak tanpa kabin penumpang dan kereta penumpang berpenggerak tambahan.

Susunan roda menggambarkan jumlah gandar atau roda yang dimiliki lokomotif. Saat ini terdapat susunan roda AAR, klasifikasi UIC, dan notasi Whyte.

Pada paruh kedua abad ke-20, lokomotif kendali jarak jauh (lokomotif remot) mulai memasuki layanan dalam operasi peralihan, dikendalikan dari jarak jauh oleh masinis yang berada di luar kabin. Keuntungan utamanya adalah satu operator dapat mengendalikan pemuatan biji-bijian, batu bara, kerikil, dll. ke dalam gerbong. Selain itu, operator yang sama dapat memindahkan kereta sesuai kebutuhan. Dengan demikian, waktu bongkar-muat dapat dipangkas menjadi sepertiganya.^{[butuh rujukan]}

  Media tentang Locomotives di Wikimedia Commons

• An engineer's guide from 1891 Diarsipkan 2 June 2021 di Wayback Machine.
• Locomotive cutaways and historical locomotives of several countries ordered by dates
• Pickzone Locomotive Model^{[pranala nonaktif permanen]}
• International Steam Locomotives
• Turning a Locomotive into a Stationary Engine, Popular Science monthly, February 1919, page 72, Scanned by Google Books: Popular Science