基本介紹
- 中文名：大氣制動
- 外文名：Railway air brake
- 領域：物理學，機械
簡介,歷史,踏面制動,參看,
簡介
歷史
在空氣制動機出現以前，鐵路列車的制動是一項困難的工作。在鐵路出現初期，由於列車車廂數量較少、速度較慢，當時主要依靠蒸汽機車的逆汽制動、以及以人力為制動原動力的閘瓦制動；但當鐵路運輸不斷發展，列車變得更長、更快，對列車的制動性能要求變得越來越高。
1866年，美國一位年輕人喬治·威斯汀目睹了一起鐵路事故，了解到既有制動裝置的不足。1869年，當時年僅23歲的喬治·威斯汀豪斯通過大量的研究和試驗，成功研製了世界上第一套“直通空氣制動機”。這套制動系統包括了一台空氣壓縮機，它將空氣加壓到壓強為每平方英寸50至70磅的壓縮空氣並儲存在總風缸內，進行制動時，司機打開閥門，讓壓縮空氣流通過車輛之間的風管，進入分別安裝在每節車廂的制動缸內，而壓縮空氣將制動缸內的活塞鞲鞴推出，再通過一系列拉桿和槓桿作用迫使閘瓦壓向車輪，實現制動的目的；而在緩解時，司機通過操縱閥門，使制動缸和管路中的壓縮空氣排向大氣，從而令制動缸內的復原彈簧將活塞鞲鞴壓回到風缸內，使閘瓦離開車輪。同年。在賓夕法尼亞州鐵路的一列旅客列車上裝上了新發明的空氣制動機進行試驗，結果表明空氣制動機效果良好，能夠成功避免事故的發生。
踏面制動
踏面制動是鐵路機車車輛最常用的制動方式之一，它依靠壓縮空氣（空氣制動）或者大氣壓力（真空制動）的作用，推動制動氣缸中的鞲鞴（活塞），將空氣的壓力變成機械推力，使閘瓦緊壓滾動的車輪踏面而產生摩擦作用，將列車的動能轉變為熱能並消散於大氣。
使列車減速必須對列車作用以制動力，也就是與列車運行方間相反的阻力，而閘瓦制動所產生的制動力就是摩擦力，閘瓦施加於車輪的壓力越大，產生的制動力和減速度也越大，制動距離也越短。踏面制動依靠輪軌間粘著力的作用下使列車減速，因此制動力受到輪軌粘著條件的限制而不能任意地提高，制動力極限值應小於輪軌最大粘著力，這樣才能保證車輪在車輛運行速度範圍內滾動。如果制動力接近甚至超過了粘著力，輪軌間的粘著狀態開始被破壞，發生車輪被閘瓦抱死的滑行現象，鋼軌對車輪的靜摩擦力變為滑動摩擦力，導致制動距離延長、車輪踏面擦傷。
閘瓦壓力來自於制動缸鞲鞴的推力，而鞲鞴推力的大小與制動缸大小和空氣壓力大小成正比，但制動缸過大不僅增加制動裝置重量，而且還增加壓縮空氣消耗。 為了使用較小的制動缸得到較大的制動力，並且將推力均勻地分布到各個車輪的閘瓦上，踏面制動系統必須設有制動槓桿裝置，根據槓桿定律使制動氣缸中的作用力得到放大，制動缸鞲鞴的推力經過制動槓桿增大一定倍數並傳遞至各閘瓦。閘瓦壓力比制動缸鞲鞴推力增大的倍數，稱為制動倍率。
閘瓦制動裝置按照閘瓦的分布情況，可分為單側閘瓦式（只在車輪的一側設有閘瓦）和雙側閘瓦式（在車輪的兩側都設有閘瓦）。單側閘瓦制動裝置的構造較為簡單，適用於速度較低且自重較輕的車輛，但制動時使車軸軸箱單側受力，車軸軸承或軸瓦容易產生偏磨，而且閘瓦單位面積上的壓力較大，因此閘瓦磨耗量相對較大。雙側閘瓦制動裝置結構比較複雜，但由於制動時閘瓦單位面積上所受的壓力較小，因而摩擦係數比單側閘瓦制動裝置高，制動效果較好，閘瓦磨耗量較小，有利於縮短制動距離、提高運行速度、延長閘瓦壽命。
