制动距离与制动限速

一、概述

　　在铁路设计和运营管理中，列车制动问题相当重要，因为它不但关系到行车安全，而且关系到运输能力。近年来，随着列车运行速度和牵引质量的不断提高，为保证列车的安全运行和准确、及时地停车，对列车制动问题也提出了更高的要求。所以，分析研究列车制动问题，以求合理地提高铁路运输能力和通过能力，保障铁路行车安全，对铁路运输工作有着极其重要的意义。
　　列车制动问题通常包括以下几个要素：
　　1．列车制动距离Sz；
　　2．列车换算制动率;
　　3．制动地段的加算坡度千分数ij;
　　4．制动初速v0；
　　5．制动末速vm；制动停车时vm=0。
　　列车制动距离是指自制动开始（移动闸把或监控装置“放风”）到停车（或缓解）列车所走的距离。
　　制动距离是综合反映制动装置性能和实际制动效果的重要指标。为了保证行车安全，世界各国都根据自己的实际情况(如列车运行速度、牵引质量、制动技术水平和信号、闭塞制式等)，规定本国紧急制动时所允许的最大制动距离。我国《技规》原来规定，列车紧急制动距离为800m，又叫计算制动距离，是布置行车设备和制定有关安全行车规章的依据。在确定利用动能闯坡的最高速度时，计算制动距离可延长到1100m。
　　在制动计算中，制动距离Sz为制动空走距离Sk和有效制动距离Se之和（空走距离和有效制动距离的概念在后面章节介绍），即：
　　Sz=Sk+Se(m)
　　决定空走距离Sk的两个因素是制动初速v0和空走时间tk。而空走时间tk与列车编组辆数和制动方式（紧急制动或常用制动，以及常用制动的减压量r）有关。

二、空走时间和空走距离及其计算

　　为了方便、有效地研究列车制动问题，需要引入制动空走时间和制动空走距离的概念。
　　（一）空走时间的概念
　　对制动距离进行分析时，先要研究列车制动过程中制动缸压力或闸瓦压力的变化情况。对列车施行制动时，并不是全列车立即发生制动作用。因为,列车制动机是靠空气波的传递而发生作用的，即使机车本身或第一辆车辆也要经过一个短暂的时间，制动缸才开始有空气压力。然后压力逐渐上升，闸瓦压上车轮，再经过一段时间制动缸的压力或闸瓦压力才达到最大值。各车辆因前后位置不同，开始升压的时间又各不相同，因此，全列车的制动力，不是立即产生并立即达到最大值，而是有一个变化过程的。
　　（二）空走距离
　　在空走时间内，列车所走过的距离叫空走距离Sk。空走距离按空走时间内列车作等速运行的条件来计算。
　　（三）空走时间的计算公式
　　空走时间的计算公式是通过专门试验结合理论分析确定的。确定空走时间计算公式时应依据以下原则：
　　（1）闸瓦压力沿OEDF线变化的制动距离与沿OABF线变化的制动距离相等，即SOEDF=SOABF
　　（2）空走距离按等速运行计算。

三、有效制动距离的计算

　　在有效制动时间内列车所运行的距离称为有效制动距离Se。用分析法计算有效制动距离的公式是：
　　(m)（11-13）
　　式中v1,v2——分别为速度间隔的初速和末速，km/h；
　　——换算摩擦系数；
　　——列车换算制动率；
　　——常用制动系数,紧急制动时=1,常用制动时根据减压量查表；
　　w0——列车单位基本阻力，N/kN；
　　ij——制动地段的加算坡度千分数。

四、有效制动距离的简化计算法

　　在列车制动距离计算中，空走距离计算比较简单，而有效制动距离的计算却相当麻烦，是由于换算摩擦系数和机车车辆单位基本阻力都是随速度变化的数值，必须分段计算，然后累加起来。设想在保证制动距离不变的条件下，用一个不变的摩擦系数来代替随速度变化的摩擦系数，用不变的机车车辆的单位基本阻力wos′、wos″来代替随速度变化的wo′、wo″(、wos′、wos″分别叫做距离等效摩擦系数和距离等效机车、车辆单位基本阻力)。这样，有效制动距离的分段累加计算变成从制动初速一次算到停车，从而避免了分段累计法的繁琐计算，计算结果与分段累加计算基本一致，使制动距离的计算大大简化，这种简化计算方法，是铁科院研究员张振鹏于20年前提出的有效制动距离等效一次计算法。但当时闸瓦材质只有中磷闸瓦，客货车基本阻力公式也各只有一套。现在，新《牵规》增加了多种摩擦材料的换算摩擦系数，中磷闸瓦于1999年6月淘汰，客货车基本阻力公式有很大变化。因此，用于这种等效一次计算法的和w0s值需要重新提供。这也是相当麻烦的，所以这里我们不准备推荐使用这种方法。
　　采用分段累加计算法时，速度间隔取得越小，计算就越费工费时。如果能加大速度间隔，就可以使计算简化，而当对整个制动过程取为一个速度间隔时，就变成了“一次计算”。

五、列车换算制动率的计算

　　列车在坡道运行或在某种情况下，最高速度常常是受制动能力(列车换算制动率)限制的。要保证列车能在规定的制动距离内停车，对应一个列车运行速度，就必须有一定的列车换算制动率。这是一个已知指定制动距离、制动初速、制动末速和坡度的情况下，反求所需要的列车换算制动率的问题，用分段累加法虽然也可以解算出来，但需要经过试凑显得比较麻烦，而用有效制动距离的简化计算法计算是很方便的，只要将各已知值代入公式，然后进行化简、运算，便可求出列车换算制动率。

六、常用制动限速的应用

　　对常用制动限速的实用性以及可操作性应该作进一步的分析。
　　（1）旅客列车不受常用制动限速的限制。货物列车没有或不用动力制动时有可能受到常用制动限速的限制。而且只有在列车换算制动率很低的情况下才有可能受到常用制动限速的限制。只要按照《技规》的规定制动关门车不超过总辆数的6%，高磷闸瓦的货物列车，换算制动率不会低于0.28，高摩闸瓦的货物列车，换算制动率不会低于0.19。所以制动机正常的货物列车不会受到常用制动限速的限制。
　　（2）受到限制的常用制动限速非常低，都在50km/h以下，在大下坡道上这样低的限制速度，可操作性太小。如果牵引辆数不是太少，施行周期制动的充风时间可能不足，应当进行充风时间的校验，校验通过才是可行的。
　　（3）上述校验通不过时，要分析换算制动率太小的原因，采取针对性的安全措施。如果是在站内发现换算制动率特低的情况，应改变列车编组，如果是在区间因制动机临时故障造成换算制动率特低，应就地请求救援。