列車制動裝置
正文
用以實現列車減速或停止運行，保證行車安全的設備。組成部件及其作用 列車制動裝置由裝在機車上的供風系統和自動制動閥、分裝在機車和車輛上的制動機和基礎制動裝置，以及貫通全列車的制動管（又稱剎車管）組成。整個制動系統中充以壓縮空氣。供風系統包括空氣壓縮機和總風缸，其作用是供給整個系統所需的壓縮空氣。柴油機車和電力機車的空氣壓縮機是電動的，而在蒸汽機車上則以蒸汽機帶動，稱為風泵。自動制動閥是機車司機用以操縱列車制動系統的裝置。司機扳動自動制動閥手柄，控制制動管的排風或充風，使裝在機車和車輛上的制動機動作。
制動機包括空氣分配閥、副風缸和制動缸等。當制動管減壓時，空氣分配閥使副風缸中的壓縮空氣進入制動缸，推動鞲鞴，通過基礎制動裝置中槓桿的作用，使閘瓦（或閘片）緊壓車輪踏面(或制動盤)，阻滯車輪的轉動，在輪軌間粘著力的作用下使列車減速或停止運行；制動管充風升壓時，空氣分配閥截斷副風缸管路而使制動缸內的壓縮空氣排入大氣，此時制動缸內的復原彈簧使鞲鞴恢復原位，閘瓦離開車輪，從而實現緩解（見圖）。
基礎制動裝置由一系列傳動槓桿、制動梁和閘瓦（或閘瓦和制動盤）組成。傳動槓桿起傳遞制動缸鞲鞴動作和分配鞲鞴推力的作用。 自動制動閥 機車司機用以操縱列車制動機的裝置。自動制動閥最早是簡單的排風塞門，以後發展成為由給氣閥控制規定壓力，由均衡風缸間接控制制動管減壓的較為完善的結構。20世紀初，北美和歐洲鐵路所使用的自動制動閥均採用迴轉式滑閥結構。50年代以後，改用柱塞閥、橡膠平面閥或彈簧調壓均衡結構。當自動制動閥手柄處於制動區的某一位置時，自動制動閥在得到相應的減壓量後能自動保壓，在制動時能自動補充制動管漏泄的壓縮空氣，以保持所需要的減壓量。歐洲型制動閥為了實現列車加快緩解功能，另設有能夠在高壓過充位和在轉向運轉位時能自動消除過充的裝置，以避免產生自然再制動。70年代法國和聯邦德國鐵路還採用了按鈕式自動制動閥，用電磁閥控制制動管的壓力來實現制動和緩解。
制動機 機車和車輛上實現制動和緩解作用的裝置。在早期的蒸汽機車牽引的列車上，機車和車輛的制動是分別進行的。機車使用蒸汽制動機；車輛則用手制動機，由人力操縱手輪或用槓桿撥動，使閘瓦緊壓車輪踏面。機力制動機出現後，手制動機經過改進，仍作為輔助制動設備保留在車輛上，主要是在車輛單獨停放時作為防止溜逸之用，在調車作業中也有使用。
隨著鐵路運輸的發展，先後出現了多種機力制動機，如真空制動機、直通空氣制動機、自動空氣制動機、電空制動機等。
真空制動機 真空制動機系統在機車上設有真空泵、制動閥和真空制動缸，在車輛上則僅有真空制動缸。全列車制動部件用公稱直徑 50毫米(2英寸)以上的制動管連通。司機操縱制動閥，改變制動管中的真空度，真空制動缸中便產生壓力差，從而起階段的制動或緩解作用。這種制動機是英國鐵路在1844年首先套用的。它的優點是構造簡單，但制動力不大，而且海拔越高制動力越小。它的制動作用由列車頭部車輛向後傳播的速度（制動波速）低，制動空走時間和緩解時間都較長，列車前後衝動較大。英國鐵路企業自1964年起逐步改用自動空氣制動機。使用真空制動機的國家日益減少。
直通空氣制動機 它的制動作用是：用空氣壓縮機產生壓縮空氣貯存在總風缸中，司機操縱制動閥，將總風缸中的壓縮空氣通過制動管送入機車和車輛上的制動缸實現制動，或將制動缸中的壓縮空氣排出，實現緩解。這種制動機是美國發明家G.威斯汀豪斯在1869年發明的。由於壓縮空氣由前向後逐車輸送，列車前後車輛制動機動作時間差較大，這種制動機對較長的列車不適用。當列車分離時，制動能力全部喪失，列車運行安全不能保證，因此這種制動機套用不廣。
自動空氣制動機 在直通空氣制動機基礎上發展出來的空氣制動機，有北美鐵路套用的二壓力機構（直接一次緩解）自動空氣制動機和歐洲鐵路套用的三壓力機構（階段緩解）自動空氣制動機兩個系統。二壓力機構自動空氣制動機為G.威斯汀豪斯於1872年所發明。這種制動機在車輛上設有副風缸，由制動管充風至規定壓力，司機藉助自動制動閥降低或恢複製動管壓力，在制動管和副風缸間產生壓力差（二壓力機構因此得名），以控制制動機起制動或緩解作用。這種制動機可以根據制動管減壓量的大小實現分階段制動；但當制動管壓力高於副風缸時，即可直接實現一次緩解。由於不能實現分階段緩解，在坡道地區列車不易操縱，這是它的不足之處。這種制動機由於只用一根公稱直徑為25毫米（貨物列車後來改用32毫米,按舊制分別為1和1.25英寸）的制動管，可以使用壓縮空氣（壓力0.5～0.6兆帕），副風缸和制動缸的尺寸較小，重量較輕，因此於1889年被定為北美鐵路聯運貨車的標準制動機，後來套用到客車上。隨著列車長度的增加，這種制動機增加了快動功能、局部減壓功能、常用和緊急制動後的加速緩解功能、常用制動的加速功能等。在結構上也有改進，使檢修周期大為延長。新型的二壓力機構自動空氣制動機適用於100～150輛的長大貨物列車，為重載列車的開行創造了條件。
三壓力機構自動空氣制動機是英國人漢弗萊在1892年設計成的。這種制動機是在每一車輛上除副風缸外再設一個工作風缸，以制動管和工作風缸間的壓差來控制副風缸向制動缸的充氣和排氣，並使制動缸的壓力參加力的平衡，所以稱三壓力機構。它可以按照制動管減壓量的大小和壓力恢復的多少，分階段地實施制動和緩解，並且具有在制動系統未充滿規定壓力前制動缸壓力不衰竭性能（壓縮空氣不會全部排盡）。三壓力機構自動空氣制動機適用於在山區運行的列車和短小列車，但因緩解作用慢，不適宜於長大列車。
電空制動機 以壓縮空氣為動力，利用電磁閥控制各節車輛上空氣制動機的制動和緩解作用的制動系統。按作用原理可分為：①直通式，電磁閥直接控制壓縮空氣進入或排出制動缸；②自動式，電磁閥控制制動管壓力增減，使自動空氣制動機起作用。使用電空制動機可使列車前部和後部的車輛動作一致，能有效地減弱列車的縱向衝動，縮短制動距離。因此各國的地下鐵道車輛、動車組和高速旅客列車廣泛套用這種設備，貨物列車採用尚少。
基礎制動裝置 制動缸鞲鞴桿的推力通過一系列槓桿擴大適當倍數(稱為制動倍率)，並分配到各閘瓦（或閘片）上，使其緊壓車輪踏面（或制動盤）產生制動力。通常客車採用雙側閘瓦，貨車用單側閘瓦，機車上則兩者均有採用。為補償閘瓦磨耗對鞲鞴行程的影響，有些車輛裝有閘瓦間隙自動調整器。為了按車輛載重調整空車或重車時的制動倍率，有些車輛裝有兩級或多級空重車自動或手動調整裝置。歐洲一些高速車輛上還有用一個閘瓦托裝兩塊閘瓦以增加閘瓦作用面積和改善制動性能的。在傳統的制動裝置結構中，一輛車只有一個制動缸，安裝在底架下面。近30年來，美國有些貨車把制動缸裝在轉向架上同制動梁連成一整體，不僅簡化了結構，而且傳動效率高。在部分客車上也採用安裝在轉向架上的制動缸以提高傳動效率。柴油機車和電力機車上由於存在牽引電動機，在車輪前後的一側或兩側，單獨使用一套由制動缸、傳動機構、間隙自動調節器和閘瓦緊湊地組合而成的制動單元。有些液力傳動機車上還採用液力制動。
閘瓦 與車輪踏面接觸產生摩擦，將列車動能轉換為熱能散入大氣，達到列車減速或停止運行的部件。閘瓦按材質可分為鑄鐵閘瓦和合成閘瓦兩類。
① 鑄鐵閘瓦。已有100多年使用歷史,早期是灰鑄鐵閘瓦,含磷量約0.2％左右，摩擦係數隨速度的提高而迅速下降,耐磨性也很差。改用中磷閘瓦(含磷量0.7％～1.0％)可以改善性能，但在制動時容易產生火花引起火災。高磷閘瓦（含磷量2.5％以上）產生的火花少,比較安全，但質脆容易斷裂，澆鑄時須添裝鋼製瓦背。高磷鑄鐵閘瓦的使用，日益普遍。
② 合成閘瓦。又稱非金屬閘瓦，是用石棉及其他填料以樹脂或橡膠作為粘合劑混合後熱壓而成。合成閘瓦也要用鋼背加強。如果閘瓦壓製成片狀用於盤形制動則稱閘片。合成閘瓦於1907年首先在倫敦捷運車輛上使用。50年代以來，套用日益普遍。合成閘瓦重量輕，耐磨，制動時基本上無火花。它與鋼輪間的摩擦係數隨速度提高的變化小，與輪軌間的制動粘著係數的變化基本一致，從而可以較好地利用粘著作用，改善制動性能和縮短停車制動距離。合成閘瓦有高摩擦係數和低摩擦係數之分。高摩擦係數合成閘瓦的摩擦係數約為鑄鐵閘瓦的兩倍,可使用較小直徑的制動缸和副風缸,從而減輕基礎制動裝置的重量，又能節省壓縮空氣，優點較多。低摩擦係數合成閘瓦可以直接取代鑄鐵閘瓦，適合於改造舊車之用。合成閘瓦的缺點是導熱性能較差，摩擦所產生的熱量使車輪踏面溫度升高，甚至使踏面出現局部高溫而導致熱裂。近年來，為避免對環境的污染，無石棉、無鉛等有害物質的合成閘瓦得到越來越多的採用。
盤形制動 用特設的制動盤和閘片作為摩擦副取代傳統的車輪踏面和閘瓦摩擦副，將列車動能轉換成熱能以實現列車制動，多用於時速超過160公里的車輛上,可免制動時產生過高的熱負荷而使車輪踏面熱裂。自1930年德國在柏林捷運車輛上首次採用這種制動方式以來，對制動盤和閘片的材質、結構形式和安裝方法已作了許多改進。制動盤有安裝在車軸上的，有安裝在車輪輻極上的。鑄鐵盤和高摩擦係數合成閘片這一對摩擦副有較好的摩擦特性，套用較廣。使用盤形制動後，一般仍裝有用於清掃踏面的鑄鐵閘瓦，以免因踏面油污而降低輪軌間粘著係數。在一些高速機車車輛上，踏面清掃閘瓦也承擔一部分制動力和盤形制動結合使用，可取得更好的制動效果。
磁軌制動 這種制動方式的裝置是在轉向架兩輪對之間距軌面適當高度處懸裝電磁鐵靴。在制動時電磁鐵靴落下，並接通激磁電源使之產生吸力而吸附在鋼軌上，通過摩擦產生制動作用。這種制動不受輪軌間粘著係數的限制，能在保證旅客舒適性的條件下有效地縮短制動距離。這種裝置通常僅在緊急制動時使用。為了避免磨損鋼軌，一種新的方式是使磁鐵靴在落下時與鋼軌間保持一定間隙，利用兩者間的電磁渦流產生制動力，稱為渦流制動。
