当我们开车时，踩下刹车踏板，汽车立即减速，即使速度高达每小时100公里，紧急刹车，只需要三四十米的距离，就可以完全停下来。然而，对于火车来说，制动的作用远不止于此。在中国，当载重5000吨时，紧急刹车是800米。今天，随着列车重量和速度的增加，制动距离延长到1-2公里。在这篇文章中，我们将讨论为什么火车制动距离这么长，以及火车制动的原理。

铁路效率高的一个重要原因是火车在钢轨和钢轮上运行。由于钢的硬度高，所以相互接触时变形小；而且由于钢铁非常坚固，火车车轮和铁轨之间的接触面可以设计得很小，大约只有一美分硬币的大小。所有这些都使车轮减少了滚动阻力，从而提高了效率。然而，除了这些优点之外，钢轮轨系统也带来了一些缺点，其中之一就是它只提供少量的制动力。这也是列车制动距离如此之长的原因。

然而，这种制动技术有一个致命的缺陷：如果列车因某种原因中断，或者列车管中有泄漏，则整个列车将失去制动力，这不符合故障安全原理。为了解决这个问题，人们发明了自动刹车。与汽车的助力制动不同，列车制动采用的是减压制动，即列车管压力的降低会使列车施加制动。那么这是如何工作的呢？

在车轮外侧有踏面的铁路车辆转向架是踏面制动器。这张照片摄于伊利诺伊州以色列公路博物馆，一辆火车头有一个巨大的“空气储存库”，称为主储存库。主气缸与列车线/刹车线相连。列车管与每节车厢的制动系统相连。每辆车的制动系统包括三通阀(控制阀)、辅助气缸(辅助储气罐)、制动气缸(制动缸)、制动制动蹄(制动蹄)等结构。火车制动只有三个档位：制动位、释放位和复位位。当制动手柄处于释放位置时，列车制动机构处于如下所示的位置。此时，列车管内的气压大于或等于副气缸的压力，三通阀活塞位于最左边，制动气缸与大气相连，副气缸与列车管内的压力近似相等。

火车的火车头上有一个大的“空气储存库”，称为主储存库，它与火车线/刹车线相连。列车管与每节车厢的制动系统相连。每辆车的制动系统包括三通阀(控制阀)、辅助气缸(辅助储气罐)、制动气缸(制动缸)、制动制动蹄(制动蹄)等结构。火车制动只有三个档位：制动位、释放位和复位位。

当制动手柄处于制动位置时，主气缸与列车管断开，列车管减压，导致副气缸的气压大于列车管内的气压，推动三通阀活塞向右移动，副气缸与制动气缸连接，制动气缸与大气断开；直到辅助气缸和制动气缸压力相等。此时，制动气缸内的风压推动活塞运动，使制动蹄片压紧胎面，如下图所示。

当制动手柄处于制动位置时，主气缸与列车管断开，列车管减压，造成副气缸的气压大于列车管内的气压，推动三通阀活塞向右移动，副气缸与制动气缸连接，制动气缸与大气断开；直到辅助气缸和制动气缸压力相等。此时，制动气缸内的风压推动活塞运动，使制动蹄片压紧胎面，如下图所示。

列车在制动位置的制动力是通过列车管的减压能力来测量的。列车操作员将观察列车管内的风压，当达到所需的减压量时，将手柄置于保持位置。此时列车管停止减压，辅助气缸的气压等于列车管的气压，系统保持平衡，如下图所示。当列车需要继续运行时，列车管的压力增大，推动三通阀中的活塞回到泄压位置，制动气缸与大气连接，释放风压。

列车制动力是通过列车管道的减压能力来测量的。列车操作员将观察列车管内的风压，当达到所需的减压量时，将手柄置于保持位置。此时列车管停止减压，辅助气缸的气压等于列车管的气压，系统保持平衡，如下图所示。当列车需要继续运行时，列车管的压力增大，推动三通阀中的活塞回到泄压位置，制动气缸与大气连接，释放风压。

在这种制动机构中，如果列车由于某种原因突然中断，列车压力迅速下降到大气压，从而导致整个列车进入紧急制动状态，从而符合“故障导向安全”的原则。然而，制动系统并非完全没有缺点。首先，列车管同时承担着传递制动信号和补充风压的作用。为了传递制动信号，应对列车管进行减压，制动解除后恢复原有风压。对于普通制动，需要1-5分钟恢复风压；紧急刹车后，风压可能需要15分钟才能恢复。这可以防止列车在短时间内反复制动，否则在恢复足够的风压之前无法施加下一次制动。因此，与汽车不同，火车制动是一项技术工作。另外，由于风压传递速度不超过声速，在长达两公里的重型列车上，距离机车较远的车辆接收到制动信号较晚，这种时间差会对列车造成影响。因此，在重型列车上，电气和空气联合制动被广泛使用。列车管只起到补充风压的作用，不起到传递信号的作用。制动信号通过电缆传输，消除了不同车辆制动的时间差。此外，为了使整个列车具有制动力，必须不间断地连接列车管道。每辆车上都有两个阀门：挡角阀和刹车阀。如果刹车旋钮关闭，则可以关闭单个汽车的刹车。这就是所谓的“关门车”;但是，如果角塞关闭，则会导致该车及所有后续车辆失去制动力，产生安全隐患。此外，从上述制动系统原理的描述可以看出，如果列车制动力不足，可以增加列车管的减压能力，从而进一步降低辅助气缸的气压，增加制动气缸的风压。但列车一旦处于缓驰状态，制动缸与大气相连，制动缸内的风压会在极短的时间内降至大气压，也就是说，列车只能制动几次，而不能进行缓驰。对于货运列车来说，空载和重载时的重量差是好几倍，如果空车施加过大的制动力，会导致车轮滑动，损坏车辆和轨道；如果施加在重型车厢上的制动力不够，火车就不能及时停车。针对这一问题，有些货车有空重载换向阀(Empty/loadddevice;E/LDevice)，通过一个额外的降压气缸，调节施加于不同重量车辆的制动力。当列车长时间在坡道上停车时，制动系统不可避免地会有一点泄漏，这可能导致制动缸的压力降低，不足以维持制动。要解决这个问题，除了应用手刹和铁蹄刹外，另一种方法是利用保压阀(保压器)，当制动缸压力下降到一定值以下时，使制动缸与大气和其他气缸断开，从而保持压力。但保压阀需要逐车设置，启动前需要逐车卸压。随着列车负荷的增加，车辆数量呈指数增长，因此设置过于繁琐，因此较少使用。铁鞋，摄于北京中国铁路博物馆东郊分馆。本文就到此为止，下一篇文章将讨论机车的盘式制动和动力制动。

在这种制动机构中，如果列车因某种原因突然停车，列车压力迅速下降到大气压力，整个列车将进入紧急制动状态，从而满足“故障导向安全”的原则。

然而，制动系统并非完全没有缺点。首先，列车管同时承担着传递制动信号和补充风压的作用。为了传递制动信号，应对列车管进行减压，制动解除后恢复原有风压。对于普通制动，需要1-5分钟恢复风压；紧急刹车后，风压可能需要15分钟才能恢复。这可以防止列车在短时间内反复制动，否则在恢复足够的风压之前无法施加下一次制动。因此，与汽车不同，火车制动是一项技术工作。

另外，由于风压传递速度不超过声速，在长达两公里的重型列车上，距离机车较远的车辆接收到制动信号较晚，这种时间差会对列车造成影响。因此，在重型列车上，电气和空气联合制动被广泛使用。列车管只起到补充风压的作用，不起到传递信号的作用。制动信号通过电缆传输，消除了不同车辆制动的时间差。

此外，为了使整个列车具有制动力，必须不间断地连接列车管道。每辆车上都有两个阀门：挡角阀和刹车阀。如果刹车旋钮关闭，则可以关闭单个汽车的刹车。这就是所谓的“关门车”;但是，如果角塞关闭，则会导致该车及所有后续车辆失去制动力，产生安全隐患。

此外，从上述制动系统原理的描述可以看出，如果列车制动力不足，可以增加列车管的减压能力，从而进一步降低辅助气缸的气压，增加制动气缸的风压。但列车一旦处于缓驰状态，制动缸与大气相连，制动缸内的风压会在极短的时间内降至大气压，也就是说，列车只能制动几次，而不能进行缓驰。

对于货运列车来说，空载和重载时的重量差是好几倍，如果空车施加过大的制动力，会导致车轮滑动，损坏车辆和轨道；如果施加在重型车厢上的制动力不够，火车就不能及时停车。针对这一问题，有些货车有空重载换向阀(Empty/loadddevice;E/LDevice)，通过一个额外的降压气缸，调节施加于不同重量车辆的制动力。

当列车长时间停在坡道上时，由于制动系统不可避免的微量泄漏，制动缸的压力可能会降低，不足以维持制动。要解决这个问题，除了应用手刹和铁蹄刹外，另一种方法是利用保压阀(保压器)，当制动缸压力下降到一定值以下时，使制动缸与大气和其他气缸断开，从而保持压力。但保压阀需要逐车设置，启动前需要逐车卸压。随着列车负荷的增加，车辆数量呈指数增长，因此设置过于繁琐，因此较少使用。

这篇文章将留给你，下一篇文章将讨论机车的盘式制动和动力制动。