机车列车制动力基本概念

（一）、列车制动力的定义

由制动装置引起的、与列车运行方向相反的、司机可根据需要控制其大小的外力，称为制动力，用字母B表示。

列车制动力与机车牵引力一样，同样是钢轨作用于车轮的外力，所不同的是机车牵引力仅发生在机车的动轮与钢轨间，而列车制动力则发生在全列车具有制动装置的机车、车辆的轮轨之间。

在操纵方式上，列车制动作用按用途可分为两种：常用制动和紧急制动。常用制动是正常情况下调控列车速度或停车所施行的制动，其作用较缓和，而且制动力可以调节，通常只用列车制动能力的20%至80%，多数情况下，只用50%左右。紧急制动是紧急情况下为使列车尽快停住而施行的制动，它不仅用上了全部的制动能力，而且作用比较迅猛。

（二）、制动力产生的方法

产生列车制动力的方法很多，主要可分为三类：

1．摩擦制动

传统的摩擦制动指的是将空气压力通过机械传动装置传到闸瓦或闸片上，利用闸瓦与车轮踏面或闸片与制动盘的摩擦而产生制动力，分为闸瓦制动和盘形两种。电磁轨道制动是另外一种摩擦制动。

（1）闸瓦制动：以压缩空气为动力，通过空气制动机将闸瓦压紧车轮踏面由摩擦产生制动力。是常速机车车辆采用的主要制动方式。

（2）盘形制动：以压缩空气为动力，通过空气制动机将闸片压紧装在车轴或车轮上的制动盘产生摩擦形成制动力，从而减轻车轮踏面的热负荷，延长车轮使用寿命，保证行车的安全。准高速和高速列车普遍采用这种制动方式，我国新造客车也采用盘形制动。

（3）电磁轨道制动

也叫磁轨制动，是利用装在转向架的制动电磁铁，通电励磁后，吸压在钢轨上，制动

电磁铁在轨面上滑行，通过磨耗板与轨面的滑动摩擦产生制动力。磁轨制动力不受轮轨粘着力的限制，是一种非粘着制动方式。在紧急制动时同时附加此制动可以显著缩短制动距离。据国外实验资料报导，在列车速度为200～210km/h施行紧急制动，同时附加电磁轨道制动比不加此制动时的制动距离要缩短25％。

2．动力制动

依靠机车的动力机械通过传动装置产生的制动力。包括电阻制动、再生制动、电磁涡流制动、液力制动等。

（1）电阻制动

利用电机的可逆性，把牵引电动机变为发电机，将列车的动能转换成电能由制动电阻变成热能，散逸到大气中去。电磁转矩成为阻碍牵引电机转子运行的动力，从而起到制动作用。我国电力机车和电动车组普遍采用，内燃机车和内燃动车组多数采用。

（2）再生制动

与电阻制动相似，同样利用电机的可逆性，只不过将牵引电动机作发电机产生的电能通过逆变装置回送给电网。目前，在国外高速动车组、交流传动电力机车已广泛应用，我国部分国产电力机车上已经应用。

（3）电磁涡流制动

电磁涡流制动是利用电磁铁和电磁感应体相对运动，在感应体中产生涡流，将列车的动能转换成电磁涡流并产生热能，达到制动的目的。

根据电磁铁和感应体的型式，电磁涡流制动分为电磁涡流轨道制动（线性电磁涡流制动）和电磁涡流转子制动（盘式电磁涡流制动）。电磁涡流轨道制动是将转向架上的电磁铁落至距轨面6-7mm处，由电磁铁与钢轨间的相对运动在钢轨内产生感应涡流，这些涡流在磁场中运动，受到一个与运动方向相反的力的作用，形成制动力。电磁涡流转子制动是在轮

轴上安装与盘形制动制动盘类似的金属圆盘，制动时金属盘在电磁铁产生的磁场中旋转，制动盘内产生涡流作用，从而产生电磁力作为制动力，起到制动作用。

闸瓦制动、盘形制动、电阻制动、再生制动、电磁涡流转子制动，都是利用轮轨之间

的粘着而转变成制动力，均属于粘着制动，其制动力要受产生制动力的那些车轴的轮轨间粘着力的限制。同一根轴上各种粘着制动力之和不能超过该轴轮轨间的粘着力。

电磁轨道制动和电磁涡流轨道制动不通过轮轨间的粘着起作用，属于非粘着制

动，不受轮轨间粘着极限值的限制。其中电磁涡流制动优于电磁轨道制动，因为它没有任何摩擦副。电磁制动目前在国外作为高速列车的辅助制动装置。

（三）、闸瓦制动力的形成

在司机的操纵下，制动缸的空气压力通过基础制动装置的传递和扩大，使闸瓦以K （kN ）的压力作用于滚动的车轮踏面，引起与车轮回转方向相反的摩擦力k k K ϕϕ(⋅为轮瓦间摩擦系数）。对列车来说，此摩擦力是内力，它不能使列车运动状态发生变化，但它对车轮中心形成一个力矩，从而在轮轨接触点产生一个车轮对钢轨的纵向水平作用力k K ϕ⋅，根据作用与反作用原理，必然引起一个钢轨对列车作用并阻碍列车运行的外力，即制动力（图3—1）。

图3—1 闸瓦制动力的形成示意图

每块闸瓦产生的制动力亦可写成

k K B ϕ⋅= （3—1）

上式说明，在不超过轮轨间粘着力的范围内，制动力的大小是由k ϕ和K 这两个数值来

决定的。

由此可见，列车制动力与机车牵引力一样，也是发生在车轮踏面与钢轨间的外力，所

不同的是，机车牵引力仅发生在机车动轮踏面与钢轨间，显然，列车制动力就有可能比机车牵引力大得多。这主要是因为两种力都受轮轨间粘着力的限制，列车总重比机车动轮荷重大得多。

（四）、闸瓦制动力的限制

从制动力的形成过程可知，制动力是由轮瓦间摩擦力引起的钢轨对车轮的纵向水平反

作用力，因此它的大小要受到轮轨间粘着力的限制。如每轴作用在钢轨上的垂直载荷为q 0、轮轨间的粘着系数为z μ，每轴上的闸瓦压力为

∑K ，故必须使：

z k q K B μϕ⋅≤⋅=

∑0max (3－2) k z o q K ϕμ

≤∑ (3－3)

当闸瓦压力较小（如常用制动小减压量），∑⋅k K ϕ的值小于轮轨间的粘着力时，

∑⋅k K ϕ就是当时的制动力。随着闸瓦压力的增大，制动力也增大。当制动力增大到轮轨间粘着力，车轮就会被抱死不转而在钢轨上滑行。若轮轨间的滑动摩擦系数为h ϕ，则滑行时的制动力就完全变成轮轨间的滑动摩擦力，即h q B ϕ⋅=0。滑行时，虽然闸瓦压力很大，

但制动力很小，反而延长了滑行距离，并造成车轮踏面擦伤。

从公式（3-3）可知，当比值

0q K ∑值大或k z ϕμ值小时，易发生滑行，下面分析几种情况：

1．当速度v 低时，粘着系数z μ略大，而k ϕ随v 下降而急剧增加，故比值

k z ϕμ下降易发生滑行，尤其是在快停车时，更易滑行。

2．当轨面状况不好时，粘着系数受其影响而下降，比值k

z ϕμ低，易发生滑行。