再論我國列車空氣制動力計算參數的成套性原則

孫中央，黃問盈

（1 鄭州鐵路局 機務處，河南鄭州450052；2 中國鐵道科學研究院 機車車輛研究所，北京100081）

我國傳統的列車空氣制動力（以下簡稱制動力）計算方法及主要制動參數規定在《列車牽引計算規程》（以下簡稱《牽規》）中，列車制動力各個計算參數之間有著嚴格的配套關系，即有明顯的成套性。其中最有代表性的是基礎制動裝置的計算傳動效率、實算閘瓦壓力和實算摩擦系數之間的配套關系，在進行制動力計算時必須成套使用。如果單獨改變其中某一兩個計算參數的取值，必然使整個計算產生較大的誤差。

1 基礎制動裝置傳動效率和計算傳動效率

實際發生作用的閘瓦壓力與理論計算出的閘瓦壓力（制動缸活塞推力和制動倍率的乘積）的比值，稱為基礎制動裝置傳動效率。影響傳動效率的因素很多，迄今為止還不能用理論分析的方法進行準確計算。

車輛靜止狀態下的傳動效率（靜效率）可以用實測閘瓦壓力的方法求得，但由于不能直接準確地測得車輛制動運行中的閘瓦壓力，列車運行中的傳動效率（動效率）也無法求得。我國《牽規》規定，“基礎制動裝置計算傳動效率ηz：機車及客車閘瓦制動均取0.85；客車盤形制動及其踏面制動單元均取0.90；貨車閘瓦制動取0.90。”

上述計算傳動效率的取值，是一種名義的傳動效率，它適用于緊急制動和不同減壓量的常用制動，對于貨車的空重車位也同樣適用。即不管閘瓦壓力（制動缸壓力）大小，計算傳動效率均取同樣的數值。

2 實算閘瓦壓力

《牽規》規定，機車、車輛每塊閘瓦的實算閘瓦壓力K，按下式計算

上式中；π為圓周率，取3.141 6；d z為制動缸直徑，mm；p z為制動缸空氣壓力，k Pa；ηz為基礎制動裝置計算傳動效率；γz為制動倍率；n z為制動缸個數；n k為閘瓦塊數。

計算實算閘瓦壓力時，由于公式（1）中的傳動效率用的是計算傳動效率，實算閘瓦壓力并不是作用在閘瓦上的真正壓力（實際壓力），而是和計算傳動效率相對應的名義閘瓦壓力，稱為實算閘瓦壓力，以區別于實際閘瓦壓力。

3 實算摩擦系數

我國客貨車輛采用的閘瓦主要是高磷鑄鐵閘瓦和高摩合成閘瓦，其實算摩擦系數φk的計算公式如下

高磷鑄鐵閘瓦

高摩合成閘瓦

以上兩式中，v為運行速度，km／h；v0為制動初速，km／h。

上述公式是由試驗得來的，其試驗結果主要用于對閘瓦摩擦性能的研究。用于實際制動計算的實算摩擦系數公式主要根據現車溜放試驗結果得出。

4 列車空氣制動力計算參數的成套性原則

列車空氣制動力的主要計算參數——計算傳動效率ηz、實算閘瓦壓力K和實算摩擦系數φk有互相配套的密切關系。正確認識和遵守這種成套性原則，避免出現一些概念上的誤解和選用計算參數不匹配的錯誤，是保證列車制動力的計算結果正確的必要條件。

問題的實質是計算傳動效率ηz是有條件的假定值，根據它計算出的實算閘瓦壓力K也有一定假設的成分。在試驗摩擦系數時，根據列車減速情況測出真實的制動力，這個真實制動力除以實算閘瓦壓力，得出的摩擦系數即《牽規》中規定的實算摩擦系數φk也有假設的成分。不管上述參數假設的成分有多大，在實際應用時，返回去用實算閘瓦壓力K乘以實算摩擦系數φk，得出的制動力卻是真實的。計算制動力的主要目的是計算制動距離，有了真實的制動力，就可以算出正確的制動距離。這就是列車制動計算中經常采用的等效處理原則。

1960年人民鐵道出版社出版的一本中等專業學校教學用書《蒸汽機車牽引計算學》中，有一幅“常用制動時制動傳動效率與減壓量的關系曲線”，按該曲線圖，不同減壓量的制動傳動效率如表1。當最小減壓量常用制動時，傳動效率甚至低到0.4以下。1982年《鐵道車輛》發表的一篇文章還把表1的數據換算成傳動效率與制動缸壓力的關系，如表2。

表1 不同減壓量的制動傳動效率

表2 傳動效率與制動缸壓力的關系

當代出版的某些車輛制動機書籍和一些期刊文章對上述數據也時有引用。這對人們認識列車制動力計算參數的成套性有一些負面影響。比如有人認為，計算傳動效率ηz只能用于緊急制動的閘瓦壓力計算，不適用于非緊急制動和貨車空車位的閘瓦壓力計算，認為計算非緊急制動和貨車空車位的閘瓦壓力時采用較小的傳動效率更加準確。這是一種誤解。

為了澄清上述誤解，有必要對我國沿用的閘瓦摩擦系數試驗過程做一些說明。

我國閘瓦實算摩擦系數φk的試驗公式表示摩擦系數與每塊閘瓦壓力K、列車運行速度v以及制動初速v0的關系，其一般形式是

式中a，b，c，d，e，f，g，h，i是試驗常數。閘瓦摩擦系數試驗，就是通過專門試驗確定這些常數項。其中a，b，c，d決定實算摩擦系數φk與一塊閘瓦壓力K的關系；e，f，g決定實算摩擦系數φk與瞬時速度v的關系；h，i決定實算摩擦系數φk與制動初速度v0的關系。試驗證明，除了中磷、高磷鑄鐵閘瓦和低摩合成閘瓦之外，對于其他材質的閘瓦，系數j等于0，即實算摩擦系數φk與制動初速度v0無關。

實算摩擦系數φk的試驗，用車組溜放的方法在平直道上（或環形試驗線上）進行。試驗車組由同一類型的客車或貨車（包括制動機類型和基礎制動傳動裝置相同）組成，安裝同一種材質的閘瓦并且經過運行磨合。車組中包括一輛試驗車，但貨車試驗車組中的試驗車應關閉制動支管塞門。試驗車組用一臺機車推送，當速度達到預定速度（高于預定試驗的制動初速）后，提開機車與試驗車組連接的車鉤，機車盡快制動停車。試驗車組離開機車一段距離后，由試驗人員打開試驗車組一端的列車管放風，使車組緊急制動減速直至停車。在減速過程中由試驗車記錄下速度、時間、距離及制動缸壓力等數據以便計算分析。

為了通過試驗找出實算摩擦系數φk與一塊閘瓦壓力K的關系，每一種材質閘瓦的試驗必須選定幾個K值，作幾套不同K值的溜放試驗，比如選定K＝10，20，30，40 k N等4個K值，做出4套試驗。有了多套試驗，才能根據試驗數據分析歸納出實算摩擦系數φk與一塊閘瓦壓力K的關系，以確定a，b，c，d等常數項。

在試驗中上述幾種不同K值是通過調整試驗車組的列車管壓力實現的。即根據試驗車組每輛車的制動缸數、制動缸直徑、制動倍率、閘瓦塊數以及規定的基礎制動裝置計算傳動效率，按幾個既定的閘瓦壓力K值分別代入閘瓦壓力的計算公式，反求出對應各個K值的制動缸壓力。再根據制動缸壓力與列車管壓力的關系式計算出對應各個K值的列車管壓力。

閘瓦實算摩擦系數在試驗中并不能直接測出。但根據溜放試驗中記錄的速度、時間等參數可以計算出不同速度下的試驗車組減速度，由車組減速度可以計算出不同速度下的真實制動力，這個制動力再除以該套試驗設定的實算閘瓦壓力，便可得到該實算閘瓦壓力下的實算摩擦系數。最后將試驗數據經過數學歸納處理，得出該種閘瓦材質的實算閘瓦摩擦系數的試驗公式。

從上述由試驗產生實算摩擦系數的過程可見，實算摩擦系數是由試驗測得的真實制動力除以由計算傳動效率計算出來的實算閘瓦壓力得來的。因此計算傳動效率和實算閘瓦壓力、實算摩擦系數是一個密不可分數據鏈，而且計算傳動效率在這個數據鏈的頂端。有了計算傳動效率才能有與實算摩擦系數相配套的實算閘瓦壓力，在此基礎上才能進行列車制動力的正確計算。

實測的基礎制動裝置傳動效率ηs比計算傳動效率ηz雖然可能更接近實際一些，用它計算出的實際閘瓦壓力K s也可能比實算閘瓦壓力K更接近實際一些，但是這種計算結果不管多么正確，卻不能用它和現有的實算摩擦系數φk公式配套來計算列車制動力。因為用一個真實的（實際）閘瓦壓力K s乘上一個假設的（實算）摩擦系數φk，反而得出一個假的不正確的制動力，這當然是不希望出現的，也是沒有實用價值的。

因為摩擦系數試驗中用的是緊急制動方式，有人認為，計算傳動效率只適用于列車緊急制動力的計算，對于常用制動應該用較小的傳動效率。其實摩擦系數試驗中的緊急制動不完全等同于常規的列車緊急制動。因為試驗車組中沒有機車上的自動控制閥可以實現常用制動操縱，只有用列車管放風的緊急制動方式，而這種緊急制動方式不過是以降低列車管壓力的方式來模擬常用制動小的閘瓦壓力而已，它和用常規的常用制動方式實現小的閘瓦壓力并沒有什么實質的區別。雖然緊急制動與真正的常用制動方式的制動缸充氣快慢不一樣，也用不著擔心。因為在制動計算中，摩擦系數是用于有效制動距離的計算，即管的是制動缸充氣過程完成以后的事，至于制動缸充氣快慢的差別，在制定制動空走時間的試驗公式時另有考慮（常用制動和緊急制動的空走時間不一樣）。

至于貨車空車位的制動缸壓力較低，實測傳動效率比計算傳動效率低許多，同樣也不能成為空車位的閘瓦壓力計算不能用計算傳動效率的理由，因為在試驗實算摩擦系數時，對于小的閘瓦壓力的計算，也是用的計算傳動效率ηz，所以這種差異同樣在實算摩擦系數φk和實算閘瓦壓力K的關系中得到了補償。

還有的資料在計算閘瓦壓力的公式中減去了制動缸緩解彈簧反撥力，據說是參照外國的做法。這里同樣有一個計算參數配套的問題。問題在于，我國的閘瓦摩擦系數試驗中計算閘瓦壓力時，是沒有減去緩解彈簧反撥力的，所得的實算摩擦系數和實算閘瓦壓力的關系包含了不減去彈簧反撥力的因素，如果在計算閘瓦壓力時減去緩解彈簧反撥力，算出的閘瓦壓力也和實算摩擦系數不配套，也會影響制動力的計算結果。

5 結束語

我國《牽規》規定的制動力計算參數的成套性應當得到維護。孤立地改變個別參數的取值，會破壞有關參數之間的匹配關系，必然影響制動力計算結果的正確性。在沒有與基礎制動裝置實測傳動效率配套的閘瓦實算摩擦系數的情況下，計算機車車輛實算閘瓦壓力時，必須用《牽規》規定計算傳動效率，以保證列車空氣制動力的計算結果正確。

作者并不認為《牽規》規定的列車制動力的計算參數是十全十美的，也贊成對這些計算參數進行創新，但是這種創新應當是系統的、嚴謹的，而不是孤立的、片面的。比如說，如果要使用實測傳動效率計算閘瓦壓力，就得有與實測傳動效率相配套的實際摩擦系數，試驗這個摩擦系數時，應是用實測傳動效率計算的閘瓦壓力。同理，在計算閘瓦壓力時，要減去制動缸緩解彈簧反撥力，也必須用與之相配套的摩擦系數，在試驗這個摩擦系數時，所用閘瓦壓力是減去緩解彈簧反撥力計算出來的值。

［1］TB／T 1407－1998.列車牽引計算規程［S］.

［2］張振鵬，金 竹，饒 忠.列車制動計算［M］.北京：中國鐵道出版社，1984.

［3］孫中央.列車牽引計算實用教程［M］.北京 ：中國鐵道出版社，2005.

［4］孫中央.論列車空氣制動計算參數的成套性［J］.鐵道機車車輛，2001，21（4）：10－12.

［5］孫中央.關于基礎制動裝置傳動效率的取值問題［J］.鐵道車輛，1983，（2）：22－23.