制动装置

装置介绍

用以实现列车减速或停止运行，保证行车安全的设备。

组成部件及其作用 　列车制动装置由装在机车上的供风系统和自动制动阀、分装在机车和车辆上的制动机和基础制动装置，以及贯通全列车的制动管（又称刹车管）组成。整个制动系统中充以压缩空气。供风系统包括空气压缩机和总风缸，其作用是供给整个系统所需的压缩空气。柴油机车和电力机车的空气压缩机是电动的，而在蒸汽机车上则以蒸汽机带动，称为风泵。自动制动阀是机车司机用以操纵列车制动系统的装置。司机扳动自动制动阀手柄，控制制动管的排风或充风，使装在机车和车辆上的制动机动作。

制动机包括空气分配阀、副风缸和制动缸等。当制动管减压时，空气分配阀使副风缸中的压缩空气进入制动缸，推动鞲鞴，通过基础制动装置中杠杆的作用，使闸瓦（或闸片）紧压车轮踏面(或制动盘)，阻滞车轮的转动，在轮轨间粘着力的作用下使列车减速或停止运行；制动管充风升压时，空气分配阀截断副风缸管路而使制动缸内的压缩空气排入大气，此时制动缸内的复原弹簧使鞲鞴恢复原位，闸瓦离开车轮，从而实现缓解（见图）。基础制动装置由一系列传动杠杆、制动梁和闸瓦（或闸瓦和制动盘）组成。传动杠杆起传递制动缸鞲鞴动作和分配鞲鞴推力的作用。

自动制动阀 　机车司机用以操纵列车制动机的装置。自动制动阀最早是简单的排风塞门，以后发展成为由给气阀控制规定压力，由均衡风缸间接控制制动管减压的较为完善的结构。20世纪初，北美和欧洲铁路所使用的自动制动阀均采用回转式滑阀结构。50年代以后，改用柱塞阀、橡胶平面阀或弹簧调压均衡结构。当自动制动阀手柄处于制动区的某一位置时，自动制动阀在得到相应的减压量后能自动保压，在制动时能自动补充制动管漏泄的压缩空气，以保持所需要的减压量。欧洲型制动阀为了实现列车加快缓解功能，另设有能够在高压过充位和在转向运转位时能自动消除过充的装置，以避免产生自然再制动。70年代法国和联邦德国铁路还采用了按钮式自动制动阀，用电磁阀控制制动管的压力来实现制动和缓解。

制动机 　机车和车辆上实现制动和缓解作用的装置。在早期的蒸汽机车牵引的列车上，机车和车辆的制动是分别进行的。机车使用蒸汽制动机；车辆则用手制动机，由人力操纵手轮或用杠杆拨动，使闸瓦紧压车轮踏面。机力制动机出现后，手制动机经过改进，仍作为辅助制动设备保留在车辆上，主要是在车辆单独停放时作为防止溜逸之用，在调车作业中也有使用。

随着铁路运输的发展，先后出现了多种机力制动机，如真空制动机、直通空气制动机、自动空气制动机、电空制动机等。

真空制动机 　真空制动机系统在机车上设有真空泵、制动阀和真空制动缸，在车辆上则仅有真空制动缸。全列车制动部件用公称直径 50毫米(2英寸)以上的制动管连通。司机操纵制动阀，改变制动管中的真空度，真空制动缸中便产生压力差，从而起阶段的制动或缓解作用。这种制动机是英国铁路在1844年首先应用的。它的优点是构造简单，但制动力不大，而且海拔越高制动力越小。它的制动作用由列车头部车辆向后传播的速度（制动波速）低，制动空走时间和缓解时间都较长，列车前后冲动较大。英国铁路企业自1964年起逐步改用自动空气制动机。使用真空制动机的国家日益减少。

直通空气制动机 　它的制动作用是：用空气压缩机产生压缩空气贮存在总风缸中，司机操纵制动阀，将总风缸中的压缩空气通过制动管送入机车和车辆上的制动缸实现制动，或将制动缸中的压缩空气排出，实现缓解。这种制动机是美国发明家G.威斯汀豪斯在1869年发明的。由于压缩空气由前向后逐车输送，列车前后车辆制动机动作时间差较大，这种制动机对较长的列车不适用。当列车分离时，制动能力全部丧失，列车运行安全不能保证，因此这种制动机应用不广。

自动空气制动机 　在直通空气制动机基础上发展出来的空气制动机，有北美铁路应用的二压力机构（直接一次缓解）自动空气制动机和欧洲铁路应用的三压力机构（阶段缓解）自动空气制动机两个系统。二压力机构自动空气制动机为G.威斯汀豪斯于1872年所发明。这种制动机在车辆上设有副风缸，由制动管充风至规定压力，司机借助自动制动阀降低或恢复制动管压力，在制动管和副风缸间产生压力差（二压力机构因此得名），以控制制动机起制动或缓解作用。这种制动机可以根据制动管减压量的大小实现分阶段制动；但当制动管压力高于副风缸时，即可直接实现一次缓解。由于不能实现分阶段缓解，在坡道地区列车不易操纵，这是它的不足之处。这种制动机由于只用一根公称直径为25毫米（货物列车后来改用32毫米,按旧制分别为1和1.25英寸）的制动管，可以使用压缩空气（压力0.5～0.6兆帕），副风缸和制动缸的尺寸较小，重量较轻，因此于1889年被定为北美铁路联运货车的标准制动机，后来应用到客车上。随着列车长度的增加，这种制动机增加了快动功能、局部减压功能、常用和紧急制动后的加速缓解功能、常用制动的加速功能等。在结构上也有改进，使检修周期大为延长。新型的二压力机构自动空气制动机适用于100～150辆的长大货物列车，为重载列车的开行创造了条件。

三压力机构自动空气制动机是英国人汉弗莱在1892年设计成的。这种制动机是在每一车辆上除副风缸外再设一个工作风缸，以制动管和工作风缸间的压差来控制副风缸向制动缸的充气和排气，并使制动缸的压力参加力的平衡，所以称三压力机构。它可以按照制动管减压量的大小和压力恢复的多少，分阶段地实施制动和缓解，并且具有在制动系统未充满规定压力前制动缸压力不衰竭性能（压缩空气不会全部排尽）。三压力机构自动空气制动机适用于在山区运行的列车和短小列车，但因缓解作用慢，不适宜于长大列车。

电空制动机 　以压缩空气为动力，利用电磁阀控制各节车辆上空气制动机的制动和缓解作用的制动系统。按作用原理可分为：①直通式，电磁阀直接控制压缩空气进入或排出制动缸；②自动式，电磁阀控制制动管压力增减，使自动空气制动机起作用。使用电空制动机可使列车前部和后部的车辆动作一致，能有效地减弱列车的纵向冲动，缩短制动距离。因此各国的地下铁道车辆、动车组和高速旅客列车广泛应用这种设备，货物列车采用尚少。

基础制动装置 　制动缸鞲鞴杆的推力通过一系列杠杆扩大适当倍数(称为制动倍率)，并分配到各闸瓦（或闸片）上，使其紧压车轮踏面（或制动盘）产生制动力。通常客车采用双侧闸瓦，货车用单侧闸瓦，机车上则两者均有采用。为补偿闸瓦磨耗对鞲鞴行程的影响，有些车辆装有闸瓦间隙自动调整器。为了按车辆载重调整空车或重车时的制动倍率，有些车辆装有两级或多级空重车自动或手动调整装置。欧洲一些高速车辆上还有用一个闸瓦托装两块闸瓦以增加闸瓦作用面积和改善制动性能的。在传统的制动装置结构中，一辆车只有一个制动缸，安装在底架下面。近30年来，美国有些货车把制动缸装在转向架上同制动梁连成一整体，不仅简化了结构，而且传动效率高。在部分客车上也采用安装在转向架上的制动缸以提高传动效率。柴油机车和电力机车上由于存在牵引电动机，在车轮前后的一侧或两侧，单独使用一套由制动缸、传动机构、间隙自动调节器和闸瓦紧凑地组合而成的制动单元。有些液力传动机车上还采用液力制动。

闸瓦 　与车轮踏面接触产生摩擦，将列车动能转换为热能散入大气，达到列车减速或停止运行的部件。闸瓦按材质可分为铸铁闸瓦和合成闸瓦两类。

①　铸铁闸瓦。已有100多年使用历史,早期是灰铸铁闸瓦,含磷量约0.2%左右，摩擦系数随速度的提高而迅速下降,耐磨性也很差。改用中磷闸瓦(含磷量0.7%～1.0%)可以改善性能，但在制动时容易产生火花引起火灾。高磷闸瓦（含磷量2.5%以上）产生的火花少,比较安全，但质脆容易断裂，浇铸时须添装钢制瓦背。高磷铸铁闸瓦的使用，日益普遍。

②　合成闸瓦。又称非金属闸瓦，是用石棉及其他填料以树脂或橡胶作为粘合剂混合后热压而成。合成闸瓦也要用钢背加强。如果闸瓦压制成片状用于盘形制动则称闸片。合成闸瓦于1907年首先在伦敦地铁车辆上使用。50年代以来，应用日益普遍。合成闸瓦重量轻，耐磨，制动时基本上无火花。它与钢轮间的摩擦系数随速度提高的变化小，与轮轨间的制动粘着系数的变化基本一致，从而可以较好地利用粘着作用，改善制动性能和缩短停车制动距离。合成闸瓦有高摩擦系数和低摩擦系数之分。高摩擦系数合成闸瓦的摩擦系数约为铸铁闸瓦的两倍,可使用较小直径的制动缸和副风缸,从而减轻基础制动装置的重量，又能节省压缩空气，优点较多。低摩擦系数合成闸瓦可以直接取代铸铁闸瓦，适合于改造旧车之用。合成闸瓦的缺点是导热性能较差，摩擦所产生的热量使车轮踏面温度升高，甚至使踏面出现局部高温而导致热裂。近年来，为避免对环境的污染，无石棉、无铅等有害物质的合成闸瓦得到越来越多的采用。

盘形制动 　用特设的制动盘和闸片作为摩擦副取代传统的车轮踏面和闸瓦摩擦副，将列车动能转换成热能以实现列车制动，多用于时速超过160公里的车辆上,可免制动时产生过高的热负荷而使车轮踏面热裂。自1930年德国在柏林地铁车辆上首次采用这种制动方式以来，对制动盘和闸片的材质、结构形式和安装方法已作了许多改进。制动盘有安装在车轴上的，有安装在车轮辐极上的。铸铁盘和高摩擦系数合成闸片这一对摩擦副有较好的摩擦特性，应用较广。使用盘形制动后，一般仍装有用于清扫踏面的铸铁闸瓦，以免因踏面油污而降低轮轨间粘着系数。在一些高速机车车辆上，踏面清扫闸瓦也承担一部分制动力和盘形制动结合使用，可取得更好的制动效果。2100433B