铁道列车制动装置详解

    列车制动就是人为地制止列车的运动，包括使它减速，不加速或停止运行。对已制动的列车或机车解除或减弱其制动作用，则称为“缓解”。为施行制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为列车“制动装置”。“制动”和“制动装置”俗称为“闸”。施行制动常简称为“上闸”或“下闸”，施行缓解则简称为“松闸”。
　　“列车制动装置”包括机车制动装置和车辆制动装置。不同的是，机车除了具有像车辆一样使它自己制动和缓解的设备外，还具有操纵全列车制动作用的设备。
　　在介绍制动装置前，先谈谈列车制动方式。
　　列车制动在操纵上按用途可分为“常用制动”和“紧急制动”两种。在正常情况下为调节或控制列车速度包括进站停车所施行的制动，称为“常用制动”，它的特点是作用比较缓和而且制动力可以调节。在紧急情况下为使列车尽快停住所施行的制动，称为“紧急制动”（也称为“非常制动”），它的特点是作用比较迅猛而且要把列车制动能力全部用上。
　　从施行制动的瞬间起，到列车速度降为零的瞬间止，列车驶过的距离，称为制动距离。这是综合反映列车制动装置性能和效果的主要技术指标。列车重量越大，运行速度越高，就越不容易在短时间、短距离内停下来。那么，列车的运行速度与制动距离之间是什么关系呢？假如一列由15节车厢组成的列车运行时速在50公里时，它实施制动后，可以在130米内停下来；当时速增加到70公里时，它要向前行驶250米才能停下来；当列车速度达到每小时100公里时，它的制动距离要570米；而当列车速度高达120公里时，制动距离就要超过800米。由此可见，列车速度提高一倍，制动距离要增加三倍以上。然而，我国现行的《铁路技术管理规程》规定，“列车在任何铁路坡道上的紧急制动距离，规定为800m”。这就是说，要想提高列车速度，必须采用更先进的制动装置。
　　目前，铁路机车车辆采用的制动方式最普遍的是闸瓦制动。用铸铁或其他材料制成的瓦状制动块，在制动时抱紧车轮踏面，通过摩擦使车轮停止转动。在这一过程中，制动装置要将巨大的动能转变为热能消散于大气之中。而这种制动效果的好坏，却主要取决于摩擦热能的消散能力。使用这种制动方式时，闸瓦摩擦面积小，大部分热负荷由车轮来承担。列车速度越高,制动时车轮的热负荷也越大。如用铸铁闸瓦，温度可使闸瓦熔化；即使采用较先进的合成闸瓦，温度也会高达400~450℃。当车轮踏面温度增高到一定程度时，就会使踏面磨耗、裂纹或剥离，既影响使用寿命也影响行车安全。可见，传统的踏面闸瓦制动适应不了高速列车的需要。于是一种新型的制动装置——盘形制动应运而生。
　　盘形制动，它是在车轴上或在车轮辐板侧面安装制动盘，用制动夹钳使以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，使列车停止前进。由于作用力不在车轮踏面上，盘形制动可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。另外制动平稳，几乎没有噪声。盘形制动的摩擦面积大，而且可以根据需要安装若干套，制动效果明显高于铸铁闸瓦，尤其适用于时速120公里以上的高速列车，这正是各国普遍采用盘形制动的原因所在。但不足的是车轮踏面没有闸瓦的磨刮，将使轮轨粘着恶化；制动盘使簧下重量及冲击振动增大，运行中消耗牵引功率。
　　铁路机车车辆制动机按制动原动力和操纵控制方式的不同，可分为：手制动机、空气制动机、电空制动机、电磁制动机和真空制动机。
　　手制动机是以人力为制动原动力，以手轮的转动方向和手力大小来操纵控制。构造简单，费用低廉，是铁路历史上使用最久远，生命力最顽强的制动机。铁路发展初期，机车车辆上只有这种制动机，每车或几个车配备一名制动员，按司机笛声号令协同操纵，由于制动力弱，动作缓慢，不便于司机直接操纵，所以很快就被非人力制动机取而代之，手制动机成为辅助的备用制动机。
　　空气制动机是以压力空气作为制动原动力，以改变压力空气的压强来操纵控制。制动力大，操纵控制就灵敏便利。我国铁路习惯把压力空气简称为“风”，把空气制动机简称为“风闸”。空气制动机又分直通式和自动式两大类，直通式空气制动机已不再采用。
　　自动式空气制动机的特点是列车管排气（减压）时制动缸充气（增压），发生缓解。优点是，当列车发生分离事故，制动软管被拉断时，列车管风压急剧下降，三通阀活塞自动而迅速地移动到制动位，故列车能自动迅速制动直至停车。这不仅提高了列车运行安全性，而且列车前后部开始制动作用的时间差小，即制动和缓解的—致性较好，适用于编组较长的列车；因此在世界各国铁路上得到最广泛的应用。
　　电空制动机是电控空气制动机的简称，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。它的特点是制动作用的操纵控制用“电控”，但制动作用原动力还是压力空气．而且，在制动机的电控因故失灵时，它仍可实行“气控”（空气压强控制），临时变成空气制动机。在列车速度很高或编组很长，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一致性，显著减轻列车纵向冲击，并缩短制动距离，世界上许多高速列车都采用了电空制动机，我国广深线准高速旅客列车和某些干线的提速客车也采用了电空制动机。
　　还有一种真空制动机，它的特点是以大气为原动力，以改变“真空度”来操纵控制。当制动阀手柄置于缓解位时，真空泵与列车管连通、列车管和制动缸内的空气都被抽走，列车管和制动缸内上下两方都保持高度真空，活塞因自重落下，活塞杆向外伸出。当制动阀手柄置于制动位时，列车管与大气相通，大气进入列车管和制动缸活塞下方。由于抽气完成时球形止回阀已落下处于关闭状态，大气压力只能将它压住而不能使阀口开放，故大气不能进入活塞上方。活塞上下的压差推动活塞上移，活塞杆缩向缸内而发生制动作用。真空制动机在非人力制动机中构造较简单，价格较便宜，维修也较方便。但是，由于大气压强本身有限，“绝对真空”又很难达到，而且，需要较大的制动缸和较粗的列车管，所以，有些采用真空制动的铁路，随着牵引重量和运行速度的提高，已经或正在向空气制动过渡。