高速列車如何“剎一腳 ” ？

庫可

科技的發(fā)展讓我們追求列車更快的速度，但如何讓飛馳的列車安全、平穩(wěn)地停下來？可不僅僅是“師傅，剎一腳！”這么簡單。

“剎車”的專業(yè)術(shù)語叫“制動”，從能量轉(zhuǎn)化的角度看，“制動”本質(zhì)上就是把動能①轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，直至速度為0、動能為0。那么，高速行進的列車是如何進行“制動”的？

“老手藝”機械制動

機械制動就是我們傳統(tǒng)意義上的“剎車”。動車組的車輪或者車軸上安裝有制動盤，在轉(zhuǎn)向架上安裝有制動夾鉗。制動時，制動夾鉗抱緊制動盤，依靠摩擦力將列車的動能轉(zhuǎn)化為熱能。這從原理上和汽車甚至自行車的剎車沒有什么區(qū)別。

動車組和汽車的機械制動有什么不同呢？汽車上的制動裝置依靠液壓驅(qū)動，而絕大多數(shù)動車組及其他列車的制動裝置依靠壓縮空氣驅(qū)動，有貫穿整列車的壓縮空氣管路，安裝有空壓機、風(fēng)缸等附屬設(shè)備，所以也叫“空氣制動”。

“新幫手”電制動

除了機械制動，動車組以及部分機車還普遍使用另一種制動方式，叫電制動。電制動依靠驅(qū)動列車前進的牽引電動機實現(xiàn)。

發(fā)電機將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能。動車組普遍采用三相異步電動機，加速時，電動機在電磁感應(yīng)作用下轉(zhuǎn)子帶動車輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動列車前進；進行制動時，電動機不再輸出牽引力，列車在慣性的作用下，電動機變成了發(fā)電機，列車的一部分動能就轉(zhuǎn)化成了電能。

那么電制動產(chǎn)生的電，流向何處呢？

通常有兩種形式，一是再生制動，將電制動產(chǎn)生的電能回饋到驅(qū)動列車的電網(wǎng)，對電能進行再利用。再生制動同樣也被應(yīng)用于電動汽車上，俗稱“能量回收”，制動產(chǎn)生的電能可以給電動汽車的電池組充電。二是電阻制動，將電制動產(chǎn)生的電能給采用大功率電阻通電，電阻發(fā)熱將電能轉(zhuǎn)化為熱能耗散在空氣中。

新老結(jié)合的制動“大腦”

一列16節(jié)的長編組“復(fù)興號”動車組制動時，需要同時控制160個制動夾鉗、32臺牽引電機以及兩種不同的制動方式協(xié)同工作。這就要依靠制動的“大腦”——制動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。

制動控制系統(tǒng)根據(jù)司機發(fā)出的不同級位的制動指令，通過計算機、列車網(wǎng)絡(luò)控制各個車廂不同的制動方式協(xié)同工作。此外，若計算機控制的“電制動”+“空氣制動”系統(tǒng)失效，司機還能依靠單純的空氣制動實現(xiàn)緊急制動，確保行車安全。

除了上述兩種主流制動外，還存在著一些“非主流”的制動方式，比如磁軌制動、渦流制動、翼板制動等等。其中比較有意思的是“翼板制動”，列車制動的時候車體上會伸出一副“耳朵”，起到類似于戰(zhàn)斗機“減速板”的作用，增大列車的空氣阻力以達到減速的效果。