制動距離與制動限速

一、概述

　　在鐵路設計和運營管理中，列車制動問題相當重要，因為它不但關系到行車安全，而且關系到運輸能力。近年來，隨著列車運行速度和牽引質量的不斷提高，為保證列車的安全運行和準確、及時地停車，對列車制動問題也提出了更高的要求。所以，分析研究列車制動問題，以求合理地提高鐵路運輸能力和通過能力，保障鐵路行車安全，對鐵路運輸工作有著極其重要的意義。
　　列車制動問題通常包括以下幾個要素：
　　1．列車制動距離Sz；
　　2．列車換算制動率;
　　3．制動地段的加算坡度千分數ij;
　　4．制動初速v0；
　　5．制動末速vm；制動停車時vm=0。
　　列車制動距離是指自制動開始（移動閘把或監控裝置“放風”）到停車（或緩解）列車所走的距離。
　　制動距離是綜合反映制動裝置性能和實際制動效果的重要指標。為了保證行車安全，世界各國都根據自己的實際情況(如列車運行速度、牽引質量、制動技術水平和信號、閉塞制式等)，規定本國緊急制動時所允許的最大制動距離。我國《技規》原來規定，列車緊急制動距離為800m，又叫計算制動距離，是布置行車設備和制定有關安全行車規章的依據。在確定利用動能闖坡的最高速度時，計算制動距離可延長到1100m。
　　在制動計算中，制動距離Sz為制動空走距離Sk和有效制動距離Se之和（空走距離和有效制動距離的概念在后面章節介紹），即：
　　Sz=Sk+Se(m)
　　決定空走距離Sk的兩個因素是制動初速v0和空走時間tk。而空走時間tk與列車編組輛數和制動方式（緊急制動或常用制動，以及常用制動的減壓量r）有關。

二、空走時間和空走距離及其計算

　　為了方便、有效地研究列車制動問題，需要引入制動空走時間和制動空走距離的概念。
　　（一）空走時間的概念
　　對制動距離進行分析時，先要研究列車制動過程中制動缸壓力或閘瓦壓力的變化情況。對列車施行制動時，并不是全列車立即發生制動作用。因為,列車制動機是靠空氣波的傳遞而發生作用的，即使機車本身或第一輛車輛也要經過一個短暫的時間，制動缸才開始有空氣壓力。然后壓力逐漸上升，閘瓦壓上車輪，再經過一段時間制動缸的壓力或閘瓦壓力才達到最大值。各車輛因前后位置不同，開始升壓的時間又各不相同，因此，全列車的制動力，不是立即產生并立即達到最大值，而是有一個變化過程的。
　　（二）空走距離
　　在空走時間內，列車所走過的距離叫空走距離Sk。空走距離按空走時間內列車作等速運行的條件來計算。
　　（三）空走時間的計算公式
　　空走時間的計算公式是通過專門試驗結合理論分析確定的。確定空走時間計算公式時應依據以下原則：
　　（1）閘瓦壓力沿OEDF線變化的制動距離與沿OABF線變化的制動距離相等，即SOEDF=SOABF
　　（2）空走距離按等速運行計算。

三、有效制動距離的計算

　　在有效制動時間內列車所運行的距離稱為有效制動距離Se。用分析法計算有效制動距離的公式是：
　　(m)（11-13）
　　式中v1,v2——分別為速度間隔的初速和末速，km/h；
　　——換算摩擦系數；
　　——列車換算制動率；
　　——常用制動系數,緊急制動時=1,常用制動時根據減壓量查表；
　　w0——列車單位基本阻力，N/kN；
　　ij——制動地段的加算坡度千分數。

四、有效制動距離的簡化計算法

　　在列車制動距離計算中，空走距離計算比較簡單，而有效制動距離的計算卻相當麻煩，是由于換算摩擦系數和機車車輛單位基本阻力都是隨速度變化的數值，必須分段計算，然后累加起來。設想在保證制動距離不變的條件下，用一個不變的摩擦系數來代替隨速度變化的摩擦系數，用不變的機車車輛的單位基本阻力wos′、wos″來代替隨速度變化的wo′、wo″(、wos′、wos″分別叫做距離等效摩擦系數和距離等效機車、車輛單位基本阻力)。這樣，有效制動距離的分段累加計算變成從制動初速一次算到停車，從而避免了分段累計法的繁瑣計算，計算結果與分段累加計算基本一致，使制動距離的計算大大簡化，這種簡化計算方法，是鐵科院研究員張振鵬于20年前提出的有效制動距離等效一次計算法。但當時閘瓦材質只有中磷閘瓦，客貨車基本阻力公式也各只有一套。現在，新《牽規》增加了多種摩擦材料的換算摩擦系數，中磷閘瓦于1999年6月淘汰，客貨車基本阻力公式有很大變化。因此，用于這種等效一次計算法的和w0s值需要重新提供。這也是相當麻煩的，所以這里我們不準備推薦使用這種方法。
　　采用分段累加計算法時，速度間隔取得越小，計算就越費工費時。如果能加大速度間隔，就可以使計算簡化，而當對整個制動過程取為一個速度間隔時，就變成了“一次計算”。

五、列車換算制動率的計算

　　列車在坡道運行或在某種情況下，最高速度常常是受制動能力(列車換算制動率)限制的。要保證列車能在規定的制動距離內停車，對應一個列車運行速度，就必須有一定的列車換算制動率。這是一個已知指定制動距離、制動初速、制動末速和坡度的情況下，反求所需要的列車換算制動率的問題，用分段累加法雖然也可以解算出來，但需要經過試湊顯得比較麻煩，而用有效制動距離的簡化計算法計算是很方便的，只要將各已知值代入公式，然后進行化簡、運算，便可求出列車換算制動率。

六、常用制動限速的應用

　　對常用制動限速的實用性以及可操作性應該作進一步的分析。
　　（1）旅客列車不受常用制動限速的限制。貨物列車沒有或不用動力制動時有可能受到常用制動限速的限制。而且只有在列車換算制動率很低的情況下才有可能受到常用制動限速的限制。只要按照《技規》的規定制動關門車不超過總輛數的6%，高磷閘瓦的貨物列車，換算制動率不會低于0.28，高摩閘瓦的貨物列車，換算制動率不會低于0.19。所以制動機正常的貨物列車不會受到常用制動限速的限制。
　　（2）受到限制的常用制動限速非常低，都在50km/h以下，在大下坡道上這樣低的限制速度，可操作性太小。如果牽引輛數不是太少，施行周期制動的充風時間可能不足，應當進行充風時間的校驗，校驗通過才是可行的。
　　（3）上述校驗通不過時，要分析換算制動率太小的原因，采取針對性的安全措施。如果是在站內發現換算制動率特低的情況，應改變列車編組，如果是在區間因制動機臨時故障造成換算制動率特低，應就地請求救援。