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[1]。
基本原理 編輯
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着力的作用下使列車減速，因此制動力受到輪軌粘着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着力，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着力，輪軌間的粘着狀態開始被破壞，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[2]。
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[1]。
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[3]。
閘瓦類型 編輯
長期以來鐵路車輛主要採用鑄鐵閘瓦，鑄鐵閘瓦的特點是其摩擦係數會隨列車速度和閘瓦壓力的提高而大幅降低，而制動初速越低則摩擦係數越大，當制動初速較高時可採用增加制動缸壓力的辦法來提高制動力。研究顯示鑄鐵閘瓦的含磷量對摩擦性能有直接影響，含磷量較高的鑄鐵閘瓦則有較大的摩擦係數，故用較小的閘瓦壓力即可獲得同樣的制動力，具有縮短制動距離、降低閘瓦溫度、減輕閘瓦磨損、減少火花產生等優點，但高磷鑄鐵閘瓦亦有容易產生熱脆性開裂的缺點[2]。
1930年代，作為鑄鐵閘瓦替代品的合成閘瓦（又稱塑料閘瓦）面世，這是利用橡膠或樹脂等材料作為粘結劑，混合非金屬材料（例如石墨、石棉、雲母、粘土等）或粉末冶金材料（例如鑄鐵粉末、鋁系粉末、銅系粉末等）而製成，並可根據需要改變配方以獲得理想的摩擦性能；合成閘瓦的摩擦係數遠高於鑄鐵閘瓦，可以應用較低的閘瓦壓力和較小的制動缸，而且在整個速度範圍內具有近乎相同的摩擦係數，使列車減速停車時更為平穩且更少噪音。此外，合成閘瓦還有耐磨性好、使用壽命長、自身重量輕、無摩擦火花等優點，但合成閘瓦的最大缺點是導熱性差，在高熱負荷下摩擦係數急劇下降，因此不適用於時速120公里以上的鐵路車輛。部份合成閘瓦在摩擦高溫時會產生異味。