机车列车制动⼒基本概念（汇编）
（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 ??(?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 ??，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 ??= （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 ?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 µ?
≤=∑0m a x (3－2) k z o
q K ?µ≤∑ (3－3)
当闸⽡压⼒较⼩（如常⽤制动⼩减压量），∑?k K ?的值⼩于轮轨间的粘着⼒时，∑?k K ?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
，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 ??=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 ?µ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 ?随v 下降⽽急剧增加，故⽐值
k z ?µ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 ?µ低，易发⽣滑⾏。 3．紧急制动时，由于闸⽡压⼒K 值⼤，⽽使0
q K ∑增⼤，易滑⾏。⼆、闸⽡摩擦系数
（⼀）、闸⽡摩擦系数及影响因素
机车车辆闸⽡与车轮踏⾯间的摩擦系数简称为闸⽡摩擦系数，以k ?表⽰。闸⽡摩擦系数是直接影响列车制动⼒的重要因素，在闸⽡压⼒⼀定时，制动⼒的⼤⼩和变化，就决定于摩擦系数的⼤⼩和变化。所以要求闸⽡摩擦系数的数值要⾼且⽐较稳定。影响闸⽡摩擦系数的因素很多，主要有以下⼏⽅⾯。
1．闸⽡材质和制造⼯艺
闸⽡材质对摩擦系数影响很⼤，现在机车车辆上⼤多使⽤的是铸铁闸⽡。铸铁闸⽡中配有碳、硅、锰、硫、磷五种添加成分。其中磷是对摩擦性能起主要作⽤的元素，适当提⾼含磷量，摩擦系数与耐磨性均可相应增加。1999年6⽉以后，我国主要使⽤含磷量为2.5~5%的⾼磷闸⽡，取代含磷量为0.7~1.0%的中磷闸⽡。
此外，闸⽡的铸造⼯艺也影响着摩擦系数，⽤铁模浇铸的铸铁闸⽡，其摩擦系数就⼩于⽤砂模浇铸的闸⽡。
随着对铸铁闸⽡的研究不断深⼊，据国内外⼀些⽂献报道，铸铁闸⽡的浇铸温度、浇铸⽅法及闸⽡中所含的杂质，都会⼤⼤降低闸⽡的耐热性与导热性，使闸⽡易于熔化，对摩擦系数也必然会有影响，从⽽导致同⼀材质的闸⽡就有可能有不同的摩擦系数。
2．闸⽡压⼒
闸⽡对车轮单位⾯积上的压⼒越⼤，摩擦系数越⼩，反之摩擦系数越⼤。这是因为，
闸⽡压⼒⼤时，摩擦产⽣的热量多，闸⽡温度升⾼，在接触⾯上可能有⼀薄层因⾼温⽽变软，起着近似润滑剂的作⽤，所以降低了摩擦系数。
3．列车运⾏速度
铸铁闸⽡与车轮间的摩擦系数受列车运⾏速度的影响较⼤。列车速度⾼，闸⽡与车轮踏⾯摩擦的相对速度就越⼤，在摩擦过程中产⽣的热量多，使闸⽡温度升⾼，摩擦系数减⼩。这显然不能满⾜⾼速时需要有较⼤制动⼒的要求（列车速度降低，摩擦系数反⽽增⼤）。尤其是在速度很低时，摩擦系数急剧上升，容易发⽣“抱死轮”即“滑⾏”现象。
4．列车制动初速度
初速度较低时，其摩擦系数较⾼。当制动初速度较⾼时，闸⽡温度⾼，则摩擦系数较低。根据试验：制动初速每提⾼
10km/h，铸铁闸⽡和低摩合成闸⽡的摩擦系数将降低0.006~0.012。
除上述⼏种主要因素外，闸⽡摩擦系数还与⽓候、接触⾯状态等有关。
（⼆）、改善闸⽡摩擦性能的措施
对闸⽡除要求有⾼的、⽐较稳定的摩擦系数外，还要求它有较好的耐磨性和导热性，以及⼀定的机械强度，并且希望制造成本低。因此，世界各国都在对闸⽡的摩擦性能进⾏⼴泛研究，以提⾼制动效能，降低材料消耗。
1．提⾼铸铁闸⽡中的含磷量
据研究，含磷量⾼的⾼磷铸铁闸⽡可明显减⼩以⾄完全消除⽕花，制动效果好，但容易脆裂。我国研究出采⽤钢背作为补强措施的⾼磷铸铁闸⽡，现在已普遍使⽤⾼磷铸铁闸⽡。
2．采⽤双侧制动或复式闸⽡
双侧制动即每⼀车轮两侧各有⼀块闸⽡。复式闸⽡是⼀个闸⽡托上安装两块或两块以上闸⽡。采⽤双侧制动或复式闸⽡能增加闸⽡的摩擦⾯积，减⼩闸⽡单位⾯积的压⼒。根据试验，闸⽡单位⾯积的压⼒较⼩者，可获得良好的摩擦系数与较⼩的磨耗量；同时闸⽡单位⾯积的压⼒⼩，制动时的温度较低，由此⽽引起的闸⽡变形也较⼩，使闸⽡与车轮有较好的接触状态，得以提⾼其摩擦系数。据国外试验资料表明，采⽤复式闸⽡时制动距离⽐采⽤单式闸⽡可缩短10~15%。
此外，为减⼩制动过程中闸⽡因⾼温⽽发⽣的变化，除采⽤上述的复式闸⽡外，还可以采⽤两端硬化的闸⽡，来防⽌闸⽡冷却后两端翘起，闸⽡接触⾯减⼩，摩擦系数降低。
3．采⽤合成闸⽡
由于铸铁闸⽡摩擦系数较低，⽽且随速度增加⽽减⼩，耐磨性亦较差，已不能满⾜铁路运输⾼速、重载和⾏车安全的要求，因⽽出现了⼀种很有前途的新型闸⽡——合成闸⽡。
合成闸⽡是⽤⾮⾦属材料（⽯墨粉、⽯棉、矿渣、云母、粘⼟等）和⾦属粉末（铸铁粉、铜粉、铅粉和铅锌等氧化物）为填充料，⽤橡胶或树脂等粘性材料作为粘结剂，通过加热⽽成。
与铸铁闸⽡相⽐，它的摩擦系数⼤⽽稳定，⽽且可以在制造时，通过采⽤不同的配⽅和⼯艺进⾏调节。耐磨性也有显著提⾼，制动时的摩擦⽕花也⼩，可防⽌⽕灾。⽬前，我国快速旅客列车上已采⽤合成闸⽚。
（三）、闸⽡摩擦系数的试验公式
由于闸⽡摩擦系数的影响因素很多，⽽且⽐较复杂，难以推导出它的计算公式，通常是综合试验结果得出的经验公式进⾏计算的。
，按下列各式计算：《牵规》规定，我国各型闸⽡和闸⽚的实算摩擦系数
k
中磷闸⽡：
