列车制动 第1章 列车制动总论

第一章列车制动总论一、学习内容：制动有关的基本概念；常见的制动方式；基础制动及制动机种类；二、学习难点：空气制动机的作用原理

《列车制动》第一章列车制动总论第一节列车制动的几个基本概念

一、制动：人为的制止物体的运动，包括使其减速、阻止其运动或加速运动。二、缓解：对已经实行制动的物体，解除或减弱其制动作用。三、列车制动装置：为了使列车能够施行制动或缓解而安装于列车上的一整套设备。《列车制动》第一章列车制动总论制动机：产生制动原动力并进行操纵和控制的部分。基础制动装置：传送制动原动力并产生制动力的部分。机车制动装置：能够操纵机车本身和全列车的制动作用。车辆制动装置：只能控制车辆本身的制动作用。《列车制动》第一章列车制动总论四、制动力：由制动装置产生的与列车运行方向相反的外力。五、常用制动：正常情况下为调速或进站停车所施行的制动。特点是作用缓和，制动力可调。六、紧急制动：紧急情况下，为了尽快停车而施行的制动，也称非常制动。作用迅猛，用尽所有的制动能力。《列车制动》第一章列车制动总论七、制动距离：从司机施行制动的瞬间起，到列车速度降为零的瞬间止，列车所驶过的距离。是一个综合反映列车制动装置的性能和实际制动效果的主要技术指标。八、计算制动距离：紧急制动距离的最大允许值。我国《技规》规定（98年以前）：列车在任何线路坡道上的紧急制动距离为800m。

《列车制动》第一章列车制动总论九、紧急制动限速：为保证紧急制动距离在规定值内而对列车在坡道上运行速度的限制。

十、常用制动限速：由常用制动时力的平衡关系而决定的另一种制动限速。

《列车制动》第一章列车制动总论第二节闸瓦制动与粘着

一、闸瓦制动

制动的实质：（能量的观点）将列车的动能变成别的能量或转移走。（作用力的观点）制动装置产生与列车运行方向相反的力，是列车尽快减速或停车。《列车制动》第一章列车制动总论闸瓦制动：瓦状制动块(闸瓦)紧压车轮踏面；通过机械摩擦将列车的动能转变为热能，产生制动力。闸瓦车轮《列车制动》第一章列车制动总论在轮轨间保持静摩擦和忽略车轮回转惯性的情况下，制动力在数值上等于闸瓦与车轮的摩擦力。

《列车制动》第一章列车制动总论二、粘着粘着状态：轮轨间接触状态为粘着状态。轮轨间非点接触，是椭圆形面接触；列车运行中要发生各种冲击和振动；

车轮踏面是圆锥形的，车轮在钢轨上滚动的同时，伴随微量的轮轨间的纵向和横向滑动。

《列车制动》第一章列车制动总论粘着力粘着状态下轮轨间切向摩擦力最大值。比物理学上的最大静摩擦力要小，而且与列车运动状态有关、随列车速度的升高而降低。粘着系数

粘着力与车轮与钢轨间的垂直载荷之比称为“粘着系数”。《列车制动》第一章列车制动总论计算粘着系数（规定的假定值）

制动力和惯性力不是作用在同一水平面内，造成各个车轮对钢轨的法向反力并不相等。假定垂直载荷固定不变，认为粘着力的变化仅由粘着系数的变化引起的。粘着系数为假定值。计算粘着系数与假定不变的垂直载荷的乘积等于实际的粘着力。

《列车制动》第一章列车制动总论第三节粘着系数的影响因素和计算公式

一、粘着系数的影响因素：主要有两个：列车运行速度和车轮、钢轨的表面状况。轮轨间表面状态包括：干湿情况、脏污程度、是否有锈、是否撒砂以及砂的数量和品质等等。这些因素的影响是非常复杂的，不可能用公式来表达。

《列车制动》第一章列车制动总论列车运行速度：列车运行速度越高，粘着系数越小；原因：随着列车速度的降低，冲击振动以及的纵向和横向的少量滑动都逐渐减弱，因而粘着力和粘着系数也逐渐增大。

《列车制动》第一章列车制动总论二、

粘着系数的计算公式

制动粘着系数是制动装置设计中首先需要选定的最基本的参数之一。干燥轨面：潮湿轨面：《列车制动》第一章列车制动总论美国西屋空气制动机公司、日本、前苏联以及欧洲其他一些国家的制动粘着系数或其计算公式。我国对粘着系数的取值不大不小，介于中间，应该说比较合理。

《列车制动》第一章列车制动总论第四节粘着限制、制动率和闸瓦摩擦系数

一、粘着限制

滑行的产生机理：

粘着状态下，制动力近似的等于闸瓦与车轮的摩擦力，摩擦力越大，制动力就越大。当闸瓦与车轮的摩擦力矩大于粘着力对于车轮中心力矩时，车轮就会被闸瓦抱死，使车轮在钢轨上滑行，粘着状态被破坏，而此时的制动力就变成了车轮与钢轨的滑动摩擦力。

《列车制动》第一章列车制动总论滑行的危害：

车轮与钢轨的滑动摩擦力远远小于粘着力，制动力降低。

滑行会擦伤车轮。

如何避免滑行：制动力（闸瓦与车轮的摩擦力）应小于粘着力。

轴制动率《列车制动》第一章列车制动总论二、制动率制动率用来表示车辆制动能力的大小。轴制动率：一个制动轴上的全部闸瓦压力与该轴轴重的比值，用表示。

轴制动率是制动设计中校验有无滑行危险的重要数据。

《列车制动》第一章列车制动总论车辆制动率：一辆车总闸瓦压力与该车总重的比值。

车辆制动率表示设计新车在构造速度的情况下紧急制动时在规定距离内停车所具备的制动能力。

《列车制动》第一章列车制动总论列车制动率：全列车总闸瓦压力与列车总重量之比值。

列车制动率一般是计算列车制动距离的依据。

《列车制动》第一章列车制动总论制动率的取值：

我国现行制动设计中是以车辆为空车状态时来确定制动率的。在车辆设计中，通常希望采取较大的制动率，但决不能忽略对车辆不发生滑行条件的校核。即：

一般客车制动率取70％～90％，货车取65％～75％。

《列车制动》第一章列车制动总论三、闸瓦摩擦系数

影响闸瓦摩擦系数的因素

影响因素主要有四个：闸瓦材质、列车运行速度、闸瓦压强和制动初速。闸瓦材质铸铁闸瓦：(普通)铸铁闸瓦、中磷(铸铁)闸瓦、高磷闸瓦

合成闸瓦(又称塑料闸瓦)新的闸瓦材质，如烧结材料、陶瓷等。《列车制动》第一章列车制动总论铸铁闸瓦与合成闸瓦的比较铸铁闸瓦：列车运行速度闸瓦摩擦系数合成闸瓦：优点：摩擦系数高、耐磨、随速度变化小缺点：对踏面有影响。

合成闸瓦应用前景好，应投入对合成材料（闸瓦）和钢（车轮踏面）深入研究。《列车制动》第一章列车制动总论闸瓦压强：试验研究结果表明，铸铁闸瓦压强越大则摩擦系数越小。对于需要增大制动力的机车车辆，不能一味地增大闸瓦压力。

制动初速对闸瓦摩擦系数也有一定的负影响。列车运行速度：负影响且影响非常大。

《列车制动》第一章列车制动总论闸瓦摩擦系数公式

室内1：1的制动摩擦副试验台和在现场线路上进行成组车辆的“溜放试验”来实测。规定动效率计算值：客车定为0.85，货车当时定为0.95。

高磷闸瓦《列车制动》第一章列车制动总论第五节其他制动方式

主要内容：铁道车辆常见的制动方式分类及其作用原理、各自的特点和具体应用中应注意的问题。学习重点：用能量的观点来分析具体的制动方式。《列车制动》第一章列车制动总论盘形制动结构：在车轴上或在车轮辐板侧面装上制动盘，用制动夹钳使合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转变成热能。《列车制动》第一章列车制动总论特点：大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。可按制动要求选择最佳摩擦副。制动平稳，几乎没有噪声。轮轨粘着将恶化。制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大，运行中还要消耗牵引功率。《列车制动》第一章列车制动总论盘形制动的制动力计算公式：

发展历史：起初主要在欧洲动车组上用，与闸瓦制动相比，盘形制动更适用于高速列车。我国铁路从1958年开始，曾先后两次试用过盘形制动，真正最后来用是在广深线准高速客车上。《列车制动》第一章列车制动总论磁轨制动结构：在转向架的两个侧架下面，在同侧的两个车轮之间，各安置一个制动用的电磁铁(或称电磁靴)。制动时将电磁靴放下并利用电磁吸力紧压钢轨，通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力，把列车动能变为热能，消散于大气。《列车制动》第一章列车制动总论电磁铁的悬挂方式：低悬挂方式的电磁铁距离轨面6～10毫米处，制动时，电磁铁励磁，以电磁铁和钢轨的吸力克服弹簧力。适用于低速车辆高悬挂方式，制动电磁铁通过两个提升缸悬挂在转向架构架上，距离轨面约120～160毫米，其升降由提升缸来控制。适用于高速车辆《列车制动》第一章列车制动总论磁轨制动的制动力计算公式：

特点：制动力不受粘着的限制。电磁铁和钢轨的磨耗较大，同时产生制动力较小。作为紧急制动时的一种辅助的制动方式。《列车制动》第一章列车制动总论轨道涡流制动结构：与磁轨制动相似。作用原理：电磁铁在制动时放下到离轨面几毫米处而不与钢轨接触。它是利用电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力。轨道涡流制动既不受轮轨粘着限制，也没有磨耗问题。消耗电能多。《列车制动》第一章列车制动总论旋转涡流制动结构：在牵引电动机轴上装金属盘。原理：制动时金属盘在电磁铁形成的磁场旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸力。通过轮轨粘着才能产生制动力，受粘着限制。消耗的电能多。《列车制动》第一章列车制动总论电阻制动电阻制动广泛用于电力机车、电动车组和电传动内燃机车。在制动时将原来驱动轮对的自励的牵引电动机改变为他励发电机，由轮对带动它发电，并将电流通往专门设置的电阻器，采用强迫通风，使电阻发生的热量消散于大气。《列车制动》第一章列车制动总论再生制动将牵引电动机变为发电机。但将电能反馈回电网。使本来由电能或位能变成的列车动能获得再生，而不是变成热能消散掉。经济性好，技术上比较复杂。反馈回电网的电能要马上由正在牵引运行的电力机车或电动车组接收和利用。《列车制动》第一章列车制动总论液力制动广泛应用于液力传动内燃机车。原理：在液力传动装置内安装液力制动器，制动时向它充入液体，车轮带动它旋转时液体和液体之间、液体与藕合器之间摩擦生热，再经由散热器消散于大气。车辆方面，国外也有人在研究使用这种制动方式(把液力藕合器装在空心的车轴内)。《列车制动》第一章列车制动总论逆汽制动飞轮贮能制动

制动时，把列车动能转移入飞轮贮存，启动加速时使该能量放出以节约能源。飞轮质量较大，传动装置也复杂。《列车制动》第一章列车制动总论

摩擦制动热散逸制动制动方式电阻制动列车动能变成可用能《列车制动》第一章列车制动总论第六节制动机种类

主要内容：按制动原动力和操纵控制方法的不同。机车车辆制动机可分类为手制动机、空气制动机、真空制动机、电空制动机和电(磁)制动机。本节的内容是对这些制动机的结构、特点以及工作原理进行初步的认识。学习重点：空气制动机。《列车制动》第一章列车制动总论手制动机

是以人力为原动力，以手轮的转动方向和手力的大小来操纵控制。发展及应用：

主要的制动机配角《列车制动》第一章列车制动总论空气制动机

是以压力空气与大气的压差原动力，通过改变空气压强来操纵控制。直通式空气制动机

（图）列车管直通向制动管：制动管充气增压，发生制动；制动管排气减压时缓解。优点：构造简单，既有阶段制动，又有阶段缓解。《列车制动》第一章列车制动总论当列车发生分离事故、制动管被拉断时，列车将彻底丧失制动能力。不适用编组较长的列车。随着高速列车制动技术的发展，很多高速动车组的空气制动系统均采用直通空气制动机。

《列车制动》第一章列车制动总论自动式空气制动机

结构

每辆车多了一个三通阀、一个副风缸和一个供给阀。三通”指的是：一通列车管，二通副风缸，三通制动缸。《列车制动》第一章列车制动总论

工作原理：

列车管的空气压力发生变化引起制动控制阀（三通阀或分配阀）动作，实现车辆的制动或缓解作用。三通阀主活塞的位置由列车管和副风缸左右两个空气压力决定。

《列车制动》第一章列车制动总论缓解保压制动《列车制动》第一章列车制动总论列车管增压：列车管副风缸制动缸大气列车管减压：副风缸制动缸特点：

列车管排气产生制动作用，列车管充气产生缓解作用。发生列车分离事故，能够迅速制动停车。

《列车制动》第一章列车制动总论只能阶段制动而不能阶段缓解列车管是副风缸的唯—风源，列车管停止增压，副风缸无法将三通阀主活塞反推至中间位置(保压位)。若实现阶段缓解应使副风缸的风源多元化。《列车制动》第一章列车制动总论直通自动空气制动机：

列车管减压制动，增压缓解。在制动过程中，若制动缸泄漏，副风缸可以及时补风；副风缸风压低于列车管的压力时，可由列车管补充；列车管又可由总风缸经制动阀自动补充。《列车制动》第一章列车制动总论真空制动机

基本原理：以大气与真空的压差为原动力。机车上设有真空泵、制动阀、真空制动缸，车辆上仅设有真空制动缸，列车管贯通全列车。缓解：真空泵将列车管和制动缸内的空气抽走。

制动：列车管与大气相通。《列车制动》第一章列车制动总论特点：构造简单，能阶段制动，也能阶段缓解。制动力小，要提高制动力则需要较大的制动缸和较粗的列车管。列车前后冲动较大。

这种制动机是英国铁路在1844年首先应用的，现在，真空制动机主要在一些发展中国家应用。《列车制动》第一章列车制动总论电空制动机

是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成的。制动作用的操纵控制用电，但制动作用的原动力还是压力空气(它与大气的压差)。在制动机的电控因故失灵时，它仍可以实行空气压强控制(气控)，临时变成空气制动机。《列车制动》第一章列车制动总论工作原理：《列车制动》第一章列车制动总论制动：各车的制动电磁阀的排气口同时打开，将列车管的压力空气排往大气，。缓解：缓解电磁阀的通路也同时打开，使各车的加速缓解风缸同时向列车管充风。列车施行阶段缓解，缓解电磁阀的通路被关闭，保压电磁阀将三通阀的排气通路切断，可以实现阶段缓解。

《列车制动》第一章列车制动总论在列车速度很高或列车编组很长、空气制动机难以满足要求时，采用电空制动机可以大大改善列车前后部制动和缓解作用的—致性。我国广深线准高速（160km/h)旅客列车部采用了电空制动机。《列车制动》第一章列车制动总论电磁制动机

操纵控制和原动力都用电的制动机称为电磁制动机。制动机和基础制动已很难截然分开。例如轨道涡流制动和旋转涡流制动。《列车制动》第一章列车制动总论第七节基础制动装置

一、基础制动装置的作用

组成：

包括制动缸活塞推杆以后至闸瓦及其间的一系列杠杆、拉杆、制动梁等传动部分。作用：传递制动缸所产生之力至各个闸瓦；将此力增大一定的倍数；保证各闸瓦有较一致的闸瓦压力；《列车制动》第一章列车制动总论二、基础制动装置的种类

单侧制动和双侧制动只在车轮的一侧设有闸瓦，普通货车。结构简单。容易使轴承偏磨、制动力较小。车轮两侧配置闸瓦，客、机、特种货车。制动力较大、无轴承偏磨。结构比较复杂，一般侧架式货车转向架不易实现；《列车制动》第一章列车制动总论按传动机构，分为散开式和单元式。散开式：全车只有一个较大的制动缸，在制动缸和各闸瓦之间有很多的杠杆和拉杆。单元式：

制动缸较小而且数量较多，各个制动缸分别设置在各个轮对的附近。《列车制动》第一章列车制动总论三、制动倍率定义：制动缸活塞杆作用力经杠杆机构传到闸瓦时，由于杠杆作用扩大的理想倍数，用n来表示，是基础制动装置的重要特性。

活塞杆作用力闸瓦理想压力总和《列车制动》第一章列车制动总论计算方法：

转向架杠杆倍率制动缸杠杆倍率制动梁数《列车制动》第一章列车制动总论制动倍率的取值:倍率太大，闸瓦磨耗对制动缸活塞行程和制动缸空气压强的影响太大；制动倍率太小则制动力又不足。

制动倍率取值必须适中，一般约在6～9之间。

《列车制动》第一章列车制动总论四、闸瓦悬吊对闸瓦压力的影响

要考虑的问题：缓解时闸瓦应离开车轮。车轮旋转方向改变时，闸瓦压力保持一致。解决问题的方法：闸瓦托吊杆与铅垂线成角。将闸瓦下移，使闸瓦托和车轮中心的连线向下倾斜。《列车制动》第一章列车制动总论现采用的悬吊方法：和角约为15°；取闸瓦中心比车轮中心低40～110mm；闸瓦托吊长度以按车轮半径的80％取值较为适宜。闸瓦中期磨耗《列车制动》第一章列车制动总论五、基础制动的传动效率

传动过程中的机械损耗

制动缸活塞与缸壁的摩擦；制动缸缓解弹簧的反拨力；传动机构各杆件联结销处的机械摩擦；闸瓦中心低于轮心的倾斜角。《列车制动》第一章列车制动总论定义：闸瓦实际总压力与单纯按制动倍率算得的理想值的比值，用表示。

我国在制订闸瓦摩擦系数公式时采用了规定计算值的办法。《列车制动》第一章列车制动总论效率的计算公式为：

第一种机械损失（基础制动）

第二种机械损失（制动机）《列车制动》第一章列车制动总论例：一货车其基础制动装置中有28对摩擦副，设每对摩擦副机械效率损失为0.005,则为0.14。而制动缸与闸调器的损失为36kpa，当常用全制动时为360kpa，则＝0.1。

＝(1-0.14)(1-0.1)=0.774

当＝180kpa，则＝0.2

《列车制动》第一章列车制动总论＝(1-0.14)(1-0.2)＝0.668

设列车管为小减压量时，仅为72kpa，则效率降至0.43。效率与制动缸压力高低有关。我国在制订闸瓦摩擦系数公式时采用了规定计算值的办法。

《列车制动》第一章列车制动总论第八节闸瓦压力的空重车调整

学习主要内容：空重车调整的原理及具体实现的方法；学习重点：调整制动缸空气压强；《列车制动》第一章列车制动总论一、概述

空重车调整的必要性：货车载重增长－>货车自重系数下降－>空车与重车的总重差别大。货车的制动率如按空车设计，则重车时制动率将严重不足；按重车设计则空车时又将因制动率太大而发生滑行擦伤。《列车制动》第一章列车制动总论空重车调整装置的分类：

人工调整空重车调整装置自动调整

二级调整空重车调整装置多级调整无级调整《列车制动》第一章列车制动总论空重车调整的方法：可调整制动缸活塞面积、制动缸空气压强、制动倍率。《列车制动》第一章列车制动总论二、结构形式及调整原理调整制动缸活塞面积

可用差压缸或双缸实现二级调整。

重车位时B室通大气，压力空气只进A。空车位A和B室均有压力空气进入。

美国ABCL差压式制动缸

空车的制动缸活塞杆作用力和闸瓦压力都只有重车的40％。

《列车制动》第一章列车制动总论调整制动缸空气压强“分流”法设置一个人工调整的空重车塞门或者可按车辆载重状态自动调整空重车载荷传感阀，空车时，让本来该供给制动缸的风“分流”—部分到“降压风缸”去。《列车制动》第一章列车制动总论s—1型载荷传感阀

GK型制动机的空车压强也是利用降压风缸《列车制动》第一章列车制动总论“截流”法活塞8、活塞杆4及其上的支点5随车辆载重及枕簧的下沉量变化而上下移动。制动缸副风缸《列车制动》第一章列车制动总论三、结论

自动空重车调整的原理：随车辆载重变化的枕簧高度变化，作为控制信号，去控制设在分配阀与制动缸之间的一个中继阀，由中继阀来控制制动缸鞲鞴面积的大小或制动缸压力的大小。

一般客车不用调