열차의 제동 원리는 무엇인가요?

제동 장치는 일반적으로 두 가지 주요 구성 요소로 나눌 수 있습니다.

(1) "브레이크" - 제동력을 발생시키고 조작 및 제어를 수행하는 부품입니다.

(2) "기본 제동 장치" - 제동력을 전달하고 제동력을 생성하는 부품입니다.

열차 제동은 용도에 따라 두 가지로 나눌 수 있습니다.

(l) "정상 제동" - 역 주차를 포함하여 정상적인 상황에서 열차의 속도를 조절하거나 제어하기 위해 적용되는 제동입니다. 그 특징은 효과가 상대적으로 완만하고 제동력을 조절할 수 있다는 점이다. 일반적으로 열차 제동 능력의 20~80% 정도만 사용하며, 대부분의 경우 50% 정도만 사용한다.

(2) "긴급 제동" - 긴급 상황에서 열차를 최대한 빨리 정지시키기 위해 적용되는 제동(우리나라에서는 "긴급 제동"이라고도 함)으로 비교적 빠른 효과가 특징입니다. , 모든 열차 제동 기능을 사용해야 합니다.

운전자가 브레이크를 밟는 순간(브레이크 핸들을 제동 위치로 이동하는 순간)부터 열차 속도가 0으로 떨어지는 순간까지 열차가 이동한 거리를 열차의 '제동' 거리'라고 합니다. . 열차제동장치의 성능과 실제 제동효과를 종합적으로 반영한 주요 기술지표입니다.

트레드 제동이라고도 알려진 브레이크 슈 제동은 철도 초기부터 가장 널리 사용되는 제동 방법입니다. 주철이나 기타 재질로 제작된 타일 모양의 브레이크 블록(브레이크 슈)을 이용해 회전하는 바퀴 트레드를 눌러 브레이크 슈와 바퀴 트레드 사이의 기계적 마찰을 통해 열차의 운동에너지를 열에너지로 변환하고, 대기 중에 소산되어 제동력을 발생시킵니다. 기타 제동 방법 브레이크 슈 제동 외에도 철도 차량에는 다른 제동 방법이 있습니다.

(1) 디스크 브레이크

디스크 브레이크(마찰 디스크 브레이크)는 일반적으로 휠 스포크 플레이트의 축이나 측면에 브레이크 디스크를 장착하는 것입니다. 주철 디스크와 브레이크 캘리퍼를 이용하여 합성 재질로 만들어진 브레이크 패드 2개를 브레이크 디스크 측면에 눌려 마찰을 통해 제동력을 발생시키고, 열차의 운동에너지를 열에너지로 변환하여 대기 중으로 방출시키는 장치입니다. . 그림 4-1-4를 참조하세요.

브레이크 슈 제동과 비교하여 디스크 브레이크는 다음과 같은 주요 장점이 있습니다.

(1) 휠 트레드의 열 부하와 기계적 마모를 크게 줄일 수 있습니다.

(2) 제동 요구 사항에 따라 최상의 "마찰 쌍"을 선택할 수 있습니다(브레이크 슈를 제동에 사용하는 경우 "마찰 쌍"인 휠의 구조와 재질은 브레이크 요구 사항에 따라 선택할 수 없음). 브레이크 요구 사항에 따라), 디스크 브레이크 디스크는 회전 시 반강제 환기 효과가 있어 열 방출 성능이 향상되어 더 나은 마찰 특성을 지닌 합성 소재 브레이크 패드를 사용할 수 있는 유리한 조건을 조성합니다. . 고속열차에 적합합니다.

(3) 제동이 부드럽고 소음도 거의 없습니다.

그러나 디스크 브레이크에도 단점이 있습니다.

(1) 휠 트레드에 브레이크 슈의 마찰이 없으면 휠-레일 접착력이 악화되므로 추가 고려 필요 트레드 클리너(또는 클리닝 브레이크 슈)를 설치하거나 디스크형과 디스크형 플러스 브레이크 슈를 주로 사용하는 하이브리드 제동 방식을 채택하지 않으면 미끄럼 방지 장치를 장착하더라도 제동 거리가 길어집니다. 브레이크 슈보다 길다.

(2) 브레이크 디스크는 스프링 하중량과 그에 따른 충격 진동을 증가시키고 작동 중에 견인력을 소모합니다.

디스크 브레이크의 제동력

(2) 마그네틱 레일 제동

마그네틱 레일 제동(마찰식 트랙 전자기 제동)은 조향에 사용됩니다. 프레임의 두 측면 프레임, 동일한 측면의 두 바퀴 사이에 전자석(또는 전자석 슈)이 배치되어 제동 시 이를 내려 놓고 전자 인력을 사용하여 마모 플레이트 사이의 슬라이딩 마찰을 누릅니다. 철과 레일에 제동력이 발생하고, 열차의 운동에너지를 열에너지로 변환하여 대기 중으로 방출하는 역할을 합니다. 그림 4-1-5를 참조하세요.

자석 레일 제동의 제동력

공식에서 K——각 전자석의 전자기 인력

ψ——사이의 힘 전자석과 레일 슬라이딩 마찰 계수.

브레이크 슈나 디스크 브레이크에 비해 마그네틱 레일 브레이크의 장점은 휠과 레일의 접착에 의해 제동력이 발생하지 않으며 당연히 이러한 접착에 의해 제한되지 않는다는 점입니다. 고속열차에 추가하면 접착력 외에 또 다른 제동력을 얻을 수 있어 제동거리가 너무 길어지지 않습니다. 자기 레일 제동의 단점은 제동력을 생성하기 위해 미끄럼 마찰에 의존한다는 점입니다. 또한 전자석이 마모되고 레일 마모도 증가합니다. 또한 미끄럼 마찰력은 접착력만큼 크지 않습니다. 따라서 마그네틱 레일 제동은 비상 제동 시 보조 제동 방법으로만 사용할 수 있으며, 접착력이 비상 제동 거리 요구 사항을 충족할 수 없는 고속 열차에서는 이동 시 브레이크 슈(또는 디스크) 브레이크와 함께 작동합니다. .

(3) 궤도 와전류 제동

궤도 와전류 제동은 선형 와전류 제동 또는 와전류 궤도 전자기 제동이라고도 합니다. 이는 위에서 언급한 자기 레일 제동(마찰 트랙 전자기 제동)과 매우 유사합니다. 또한 보기 측면 프레임 아래 같은 쪽 두 바퀴 사이에 전자석을 매달아 놓습니다. 차이점은 궤도 와전류 제동의 전자석이 제동 중에 레일과 접촉하지 않고 레일 표면에서 몇 밀리미터만 낮아진다는 것입니다. 전자석과 레일의 상대운동을 이용하여 레일에 와전류를 유도하고, 제동력으로 전자석 흡입을 발생시키며, 열차의 운동에너지를 열에너지로 변환하여 대기 중으로 소산시키는 장치입니다.

궤도 와전류 제동은 휠/레일 접착(제한되지 않음)이나 마모 문제의 영향을 받지 않습니다.

그러나 자기레일 제동에 비해 전기에너지가 10배 정도 많이 소모되고, 전자석의 발열도 매우 크기 때문에 고속열차의 비상제동 시 보조제동 방법으로만 사용된다.

(4) 회전 와전류 브레이크

회전 와전류 브레이크(와전류 디스크 브레이크)는 견인 모터 샤프트에 금속 디스크를 설치하는 것입니다. 형성된 자기장 내에서 회전하면서 디스크 표면에 와전류가 유도되어 전자기 인력이 발생하고 열이 대기 중으로 방출되어 제동 효과가 발생합니다.

디스크 브레이크(마찰 디스크 브레이크)와 비교하면 회전하는 와전류 브레이크(와전류 디스크 브레이크)의 디스크는 휠 세트에 설치되어 있지 않지만 여전히 통과해야 합니다. 제동력만 생성할 수 있습니다. 휠-레일 접착에 의해 제한되지만 접착에 의해서도 제한됩니다. 더욱이, 궤도 와전류 제동과 마찬가지로 회전 와전류 제동도 너무 많은 전기 에너지를 소비합니다.

(5) 저항 제동

저항 제동은 전기 기관차, 전기 다중 유닛 및 전기 변속기 디젤 기관차에 널리 사용됩니다. 제동시 휠페어를 별도로 구동하는 자려식 트랙션 모터를 휠페어가 구동하여 전기를 생성하고, 강제환기를 이용하여 특별히 설정된 저항기에 전류를 흐르게 하여 저항을 발생시키는 방식입니다. 열이 대기 중으로 발산되어 제동 효과가 발생합니다.

(6) 회생 제동

저항 제동과 유사하게 회생 제동도 견인 모터를 발전기로 전환합니다. 차이점은 전기에너지를 다시 그리드에 공급함으로써 원래 전기에너지나 위치에너지로 변환된 열차의 운동에너지가 열에너지로 소산되지 않고 재생된다는 점이다. 분명히 회생 제동은 저항 제동보다 경제적으로 비용 효율적이지만 기술적으로 더 복잡하고 그리드로 구동되는 전기 기관차 및 전기 다중 장치에만 사용할 수 있습니다. 그리드에 다시 공급되는 전력은 즉시 사용해야 합니다. 견인력에 의해 기관차나 전기다중기를 받아 활용한다.

위에서 언급한 다양한 제동 방식 중 자기레일 제동과 궤도 와전류 제동을 제외하면 제동력은 휠 레일 접착에 의해 발생하고 접착력에 의해 제한되므로 ''라고 부르는 것이 관례이다. 접착제동', '움직임', 접착을 통과하지 못한 것을 총칭하여 '비접착(접착)제동'이라고 합니다.

브레이크의 종류

차량 브레이크는 다양한 제동 구동력과 제어 방법에 따라 핸드 브레이크, 에어 브레이크, 진공 브레이크, 모터 브레이크, 전자 공압 브레이크로 분류할 수 있습니다. 전기(자기) 브레이크.

(1) 핸드 브레이크

핸드 브레이크의 특징은 사람의 힘을 구동력으로 사용하고 핸드 휠의 회전 방향과 핸드의 양에 따라 제어되는 것입니다. 힘. 구조가 간단하고 가격이 저렴하며, 철도 역사상 가장 강인한 생명력을 지닌 브레이크입니다. 철도 개발 초기에는 철도 차량에만 이러한 브레이크가 있었으며, 각 객차 또는 여러 량의 차량에는 운전자의 호루라기 명령에 따라 협력하여 작동하는 브레이크맨이 장착되었습니다. 제동력이 약하고 움직임이 느리며, 운전자가 직접 제어하기 불편해 빠르게 사람이 아닌 브레이크로 교체했다. 사람이 아닌 브레이크가 메인 브레이크가 되었고, 핸드 브레이크가 뒷좌석을 맡아 보조 백업 브레이크가 되었습니다. 하지만 '조연배우'로서의 위상은 탄탄하다. 분기 작업, 역 주차 또는 주 브레이크가 갑자기 작동하지 않는 경우 휴대폰은 여전히 ​​간단하고 효과적인 비상 제동 방법입니다.

(2) 에어 브레이크

에어 브레이크의 특징은 압력 공기(그것과 대기와의 압력 차이, 즉 압력 공기의 상대 압력) 공기압을 변경하여 컨트롤을 조작합니다. 강력한 제동력과 유연하고 편리한 작동 및 제어 기능을 갖추고 있습니다.

우리 나라의 철도에서는 가압된 공기를 '바람', 에어 브레이크를 '바람 브레이크'라고 부르는 것이 관례입니다. 비유하자면, 에어 실린더, 에어 펌프, 에어 덕트, 에어 압력, 에어 미터 등의 이름이 모두 여기에서 유래되었습니다. 직선 에어 브레이크의 기본 특성은 다음과 같습니다. 열차 파이프가 브레이크 실린더에 직접 연결됩니다("직선"). 열차 파이프가 팽창(가압)되면 브레이크 실린더도 팽창(가압)됩니다. 제동이 발생하고 열차 파이프가 배출됩니다. 공기(감압)가 발생하면 브레이크 실린더도 알칼리 압력을 배출하고 완화가 발생합니다. 장점은 구조가 간단하고 스테이지 제동과 스테이지 릴리프를 모두 갖추고 있으며 매우 유연하고 조작이 편리하다는 것입니다. 단점은 열차분리사고가 발생하여 브레이크 호스가 빠지게 되면 제동능력이 완전히 상실된다는 점이다. 더욱이 제동작용이 일어날 때 열차의 앞부분과 뒷부분의 시간차가 너무 커서 브레이크가 걸리게 된다. 장거리 열차에는 적합하지 않습니다. 따라서 열차 제어는 나중에 자동 에어 브레이크로 전환되었습니다.

2． 자동 에어 브레이크

자동 에어 브레이크에는 기관차 브레이크와 차량 브레이크가 포함되며, 이는 기관차와 차량에 각각 설치되어 브레이크의 필수 부분을 구성합니다. 자동 에어 브레이크는 파이프라인으로 연결된 다음과 같은 주요 구성 요소로 구성됩니다.

(1) 공기 압축기 - 일반적으로 공기 펌프라고 합니다. 기관차의 증기 또는 디젤 엔진 또는 전기 모터는 제동 시스템 및 기타 공압 장치에서 사용하기 위해 공기를 압축 공기로 압축하는 동력으로 사용됩니다. 브레이크에 가압된 공기를 바람 또는 가스라고 합니다.

(3) 주 공기 실린더 – 기관차가 압축된 공기를 저장하는 컨테이너입니다. 압력 조절기가 없기 때문에 에어 컴프레서의 작동이나 정지를 자동으로 제어할 수 있어 메인 에어 실린더의 공기압이 항상 8~9kgf/cm2로 유지됩니다.

(3) 공기 공급 밸브 - 압력 공기를 조절하는 구성 요소입니다. 메인 공기 실린더에서 나온 고압의 공기는 공기 공급 밸브에 의해 규정된 공기 압력으로 조정된 후 공기 공급 장치로 보내집니다. 브레이크 파이프. 우리나라에서는 화물열차의 브레이크관 풍압(일명 정압)을 5kgf/cm2, 여객열차의 경우 6kgf/cm2로 규정하고 있습니다.

(4) 자동 브레이크 밸브(게이트 또는 셀프 밸브라고도 함)는 열차 브레이크를 제어하기 위해 운전자가 사용하는 구성 요소입니다.

기관차에는 별도의 조절 밸브(소형 게이트 또는 단일 밸브라고도 함)도 장착되어 있습니다. 기관차가 단독으로 운행할 때 운전자는 별도의 브레이크 밸브를 사용하여 기관차 브레이크를 제어합니다.

(5) 보조 공기 실린더 - 각 차량에 압축 공기를 저장하기 위한 컨테이너입니다. 기관차에는 메인 에어 실린더가 있으므로 별도의 보조 에어 실린더는 없습니다.

(6) 브레이크 실린더 - 공기 압력을 제동력으로 변환하는 구성 요소입니다. 압력 공기는 브레이크 실린더 피스톤을 밀고 릴리프 스프링을 압축하여 피스톤 로드를 밀어내며 브레이크 실린더의 압력 공기가 배출되면 릴리프 스프링이 피스톤을 뒤로 밀어 브레이크를 해제합니다. 철도 차량에는 브레이크 실린더가 장착되어 있습니다.

(7) 3방향 밸브 - 차량에 설치되어 브레이크 파이프의 풍압 변화에 의존하여 브레이크를 제동하거나 완화시키는 구성 요소입니다. 분배 밸브는 기관차(및 심해 차량)의 제동 및 이해 기능을 제어하는 ​​기관차에 사용됩니다.

직선형에 비해 각 차량에는 3방향 밸브(6)와 보조공기실린더(8)가 추가로 구성된다. "3방향"은 일방향 열차 파이프, 양방향 보조 공기 실린더 및 3방향 브레이크 실린더를 의미합니다.

(4) 전기 공압 브레이크

전공 브레이크는 전자 제어식 에어 브레이크(Electronically Controlled Air Brake)의 약어입니다. 에어브레이크에 솔레노이드 밸브 등 전기적 제어 부품을 추가해 만든 것이다. 제동 효과를 제어하기 위해 전기를 사용하는 것이 특징이지만, 제동 효과를 구동하는 힘은 압축 공기(대기와의 압력 차이)입니다. 어떤 이유로 브레이크의 전자 제어가 실패하는 경우에도 여전히 공기압 제어(공압 제어)를 구현하고 일시적으로 에어 브레이크가 될 수 있습니다.

(5) 전자 브레이크

전기를 사용하여 제어와 동력을 전달하는 브레이크를 전자 브레이크, 줄여서 전기 브레이크라고 합니다. 예를 들어 궤도형 와전류 제동과 회전 와전류 제동은 제어와 동력을 위해 전기를 사용하므로 이 두 가지 제동 방식을 이용한 브레이크는 전자식 브레이크의 범주에 속합니다(실제로 이 제동 방식의 경우 , 브레이크와 기본 제동). 명확하게 구분하기 어렵습니다.)