再论我国列车空气制动力计算参数的成套性原则

孙中央，黄问盈

（1 郑州铁路局 机务处，河南郑州450052；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京100081）

我国传统的列车空气制动力（以下简称制动力）计算方法及主要制动参数规定在《列车牵引计算规程》（以下简称《牵规》）中，列车制动力各个计算参数之间有着严格的配套关系，即有明显的成套性。其中最有代表性的是基础制动装置的计算传动效率、实算闸瓦压力和实算摩擦系数之间的配套关系，在进行制动力计算时必须成套使用。如果单独改变其中某一两个计算参数的取值，必然使整个计算产生较大的误差。

1 基础制动装置传动效率和计算传动效率

实际发生作用的闸瓦压力与理论计算出的闸瓦压力（制动缸活塞推力和制动倍率的乘积）的比值，称为基础制动装置传动效率。影响传动效率的因素很多，迄今为止还不能用理论分析的方法进行准确计算。

车辆静止状态下的传动效率（静效率）可以用实测闸瓦压力的方法求得，但由于不能直接准确地测得车辆制动运行中的闸瓦压力，列车运行中的传动效率（动效率）也无法求得。我国《牵规》规定，“基础制动装置计算传动效率ηz：机车及客车闸瓦制动均取0.85；客车盘形制动及其踏面制动单元均取0.90；货车闸瓦制动取0.90。”

上述计算传动效率的取值，是一种名义的传动效率，它适用于紧急制动和不同减压量的常用制动，对于货车的空重车位也同样适用。即不管闸瓦压力（制动缸压力）大小，计算传动效率均取同样的数值。

2 实算闸瓦压力

《牵规》规定，机车、车辆每块闸瓦的实算闸瓦压力K，按下式计算

上式中；π为圆周率，取3.141 6；d z为制动缸直径，mm；p z为制动缸空气压力，k Pa；ηz为基础制动装置计算传动效率；γz为制动倍率；n z为制动缸个数；n k为闸瓦块数。

计算实算闸瓦压力时，由于公式（1）中的传动效率用的是计算传动效率，实算闸瓦压力并不是作用在闸瓦上的真正压力（实际压力），而是和计算传动效率相对应的名义闸瓦压力，称为实算闸瓦压力，以区别于实际闸瓦压力。

3 实算摩擦系数

我国客货车辆采用的闸瓦主要是高磷铸铁闸瓦和高摩合成闸瓦，其实算摩擦系数φk的计算公式如下

高磷铸铁闸瓦

高摩合成闸瓦

以上两式中，v为运行速度，km／h；v0为制动初速，km／h。

上述公式是由试验得来的，其试验结果主要用于对闸瓦摩擦性能的研究。用于实际制动计算的实算摩擦系数公式主要根据现车溜放试验结果得出。

4 列车空气制动力计算参数的成套性原则

列车空气制动力的主要计算参数——计算传动效率ηz、实算闸瓦压力K和实算摩擦系数φk有互相配套的密切关系。正确认识和遵守这种成套性原则，避免出现一些概念上的误解和选用计算参数不匹配的错误，是保证列车制动力的计算结果正确的必要条件。

问题的实质是计算传动效率ηz是有条件的假定值，根据它计算出的实算闸瓦压力K也有一定假设的成分。在试验摩擦系数时，根据列车减速情况测出真实的制动力，这个真实制动力除以实算闸瓦压力，得出的摩擦系数即《牵规》中规定的实算摩擦系数φk也有假设的成分。不管上述参数假设的成分有多大，在实际应用时，返回去用实算闸瓦压力K乘以实算摩擦系数φk，得出的制动力却是真实的。计算制动力的主要目的是计算制动距离，有了真实的制动力，就可以算出正确的制动距离。这就是列车制动计算中经常采用的等效处理原则。

1960年人民铁道出版社出版的一本中等专业学校教学用书《蒸汽机车牵引计算学》中，有一幅“常用制动时制动传动效率与减压量的关系曲线”，按该曲线图，不同减压量的制动传动效率如表1。当最小减压量常用制动时，传动效率甚至低到0.4以下。1982年《铁道车辆》发表的一篇文章还把表1的数据换算成传动效率与制动缸压力的关系，如表2。

表1 不同减压量的制动传动效率

表2 传动效率与制动缸压力的关系

当代出版的某些车辆制动机书籍和一些期刊文章对上述数据也时有引用。这对人们认识列车制动力计算参数的成套性有一些负面影响。比如有人认为，计算传动效率ηz只能用于紧急制动的闸瓦压力计算，不适用于非紧急制动和货车空车位的闸瓦压力计算，认为计算非紧急制动和货车空车位的闸瓦压力时采用较小的传动效率更加准确。这是一种误解。

为了澄清上述误解，有必要对我国沿用的闸瓦摩擦系数试验过程做一些说明。

我国闸瓦实算摩擦系数φk的试验公式表示摩擦系数与每块闸瓦压力K、列车运行速度v以及制动初速v0的关系，其一般形式是

式中a，b，c，d，e，f，g，h，i是试验常数。闸瓦摩擦系数试验，就是通过专门试验确定这些常数项。其中a，b，c，d决定实算摩擦系数φk与一块闸瓦压力K的关系；e，f，g决定实算摩擦系数φk与瞬时速度v的关系；h，i决定实算摩擦系数φk与制动初速度v0的关系。试验证明，除了中磷、高磷铸铁闸瓦和低摩合成闸瓦之外，对于其他材质的闸瓦，系数j等于0，即实算摩擦系数φk与制动初速度v0无关。

实算摩擦系数φk的试验，用车组溜放的方法在平直道上（或环形试验线上）进行。试验车组由同一类型的客车或货车（包括制动机类型和基础制动传动装置相同）组成，安装同一种材质的闸瓦并且经过运行磨合。车组中包括一辆试验车，但货车试验车组中的试验车应关闭制动支管塞门。试验车组用一台机车推送，当速度达到预定速度（高于预定试验的制动初速）后，提开机车与试验车组连接的车钩，机车尽快制动停车。试验车组离开机车一段距离后，由试验人员打开试验车组一端的列车管放风，使车组紧急制动减速直至停车。在减速过程中由试验车记录下速度、时间、距离及制动缸压力等数据以便计算分析。

为了通过试验找出实算摩擦系数φk与一块闸瓦压力K的关系，每一种材质闸瓦的试验必须选定几个K值，作几套不同K值的溜放试验，比如选定K＝10，20，30，40 k N等4个K值，做出4套试验。有了多套试验，才能根据试验数据分析归纳出实算摩擦系数φk与一块闸瓦压力K的关系，以确定a，b，c，d等常数项。

在试验中上述几种不同K值是通过调整试验车组的列车管压力实现的。即根据试验车组每辆车的制动缸数、制动缸直径、制动倍率、闸瓦块数以及规定的基础制动装置计算传动效率，按几个既定的闸瓦压力K值分别代入闸瓦压力的计算公式，反求出对应各个K值的制动缸压力。再根据制动缸压力与列车管压力的关系式计算出对应各个K值的列车管压力。

闸瓦实算摩擦系数在试验中并不能直接测出。但根据溜放试验中记录的速度、时间等参数可以计算出不同速度下的试验车组减速度，由车组减速度可以计算出不同速度下的真实制动力，这个制动力再除以该套试验设定的实算闸瓦压力，便可得到该实算闸瓦压力下的实算摩擦系数。最后将试验数据经过数学归纳处理，得出该种闸瓦材质的实算闸瓦摩擦系数的试验公式。

从上述由试验产生实算摩擦系数的过程可见，实算摩擦系数是由试验测得的真实制动力除以由计算传动效率计算出来的实算闸瓦压力得来的。因此计算传动效率和实算闸瓦压力、实算摩擦系数是一个密不可分数据链，而且计算传动效率在这个数据链的顶端。有了计算传动效率才能有与实算摩擦系数相配套的实算闸瓦压力，在此基础上才能进行列车制动力的正确计算。

实测的基础制动装置传动效率ηs比计算传动效率ηz虽然可能更接近实际一些，用它计算出的实际闸瓦压力K s也可能比实算闸瓦压力K更接近实际一些，但是这种计算结果不管多么正确，却不能用它和现有的实算摩擦系数φk公式配套来计算列车制动力。因为用一个真实的（实际）闸瓦压力K s乘上一个假设的（实算）摩擦系数φk，反而得出一个假的不正确的制动力，这当然是不希望出现的，也是没有实用价值的。

因为摩擦系数试验中用的是紧急制动方式，有人认为，计算传动效率只适用于列车紧急制动力的计算，对于常用制动应该用较小的传动效率。其实摩擦系数试验中的紧急制动不完全等同于常规的列车紧急制动。因为试验车组中没有机车上的自动控制阀可以实现常用制动操纵，只有用列车管放风的紧急制动方式，而这种紧急制动方式不过是以降低列车管压力的方式来模拟常用制动小的闸瓦压力而已，它和用常规的常用制动方式实现小的闸瓦压力并没有什么实质的区别。虽然紧急制动与真正的常用制动方式的制动缸充气快慢不一样，也用不着担心。因为在制动计算中，摩擦系数是用于有效制动距离的计算，即管的是制动缸充气过程完成以后的事，至于制动缸充气快慢的差别，在制定制动空走时间的试验公式时另有考虑（常用制动和紧急制动的空走时间不一样）。

至于货车空车位的制动缸压力较低，实测传动效率比计算传动效率低许多，同样也不能成为空车位的闸瓦压力计算不能用计算传动效率的理由，因为在试验实算摩擦系数时，对于小的闸瓦压力的计算，也是用的计算传动效率ηz，所以这种差异同样在实算摩擦系数φk和实算闸瓦压力K的关系中得到了补偿。

还有的资料在计算闸瓦压力的公式中减去了制动缸缓解弹簧反拨力，据说是参照外国的做法。这里同样有一个计算参数配套的问题。问题在于，我国的闸瓦摩擦系数试验中计算闸瓦压力时，是没有减去缓解弹簧反拨力的，所得的实算摩擦系数和实算闸瓦压力的关系包含了不减去弹簧反拨力的因素，如果在计算闸瓦压力时减去缓解弹簧反拨力，算出的闸瓦压力也和实算摩擦系数不配套，也会影响制动力的计算结果。

5 结束语

我国《牵规》规定的制动力计算参数的成套性应当得到维护。孤立地改变个别参数的取值，会破坏有关参数之间的匹配关系，必然影响制动力计算结果的正确性。在没有与基础制动装置实测传动效率配套的闸瓦实算摩擦系数的情况下，计算机车车辆实算闸瓦压力时，必须用《牵规》规定计算传动效率，以保证列车空气制动力的计算结果正确。

作者并不认为《牵规》规定的列车制动力的计算参数是十全十美的，也赞成对这些计算参数进行创新，但是这种创新应当是系统的、严谨的，而不是孤立的、片面的。比如说，如果要使用实测传动效率计算闸瓦压力，就得有与实测传动效率相配套的实际摩擦系数，试验这个摩擦系数时，应是用实测传动效率计算的闸瓦压力。同理，在计算闸瓦压力时，要减去制动缸缓解弹簧反拨力，也必须用与之相配套的摩擦系数，在试验这个摩擦系数时，所用闸瓦压力是减去缓解弹簧反拨力计算出来的值。

［1］TB／T 1407－1998.列车牵引计算规程［S］.

［2］张振鹏，金 竹，饶 忠.列车制动计算［M］.北京：中国铁道出版社，1984.

［3］孙中央.列车牵引计算实用教程［M］.北京 ：中国铁道出版社，2005.

［4］孙中央.论列车空气制动计算参数的成套性［J］.铁道机车车辆，2001，21（4）：10－12.

［5］孙中央.关于基础制动装置传动效率的取值问题［J］.铁道车辆，1983，（2）：22－23.