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关于现行车辆制动能力设计方法的探讨
摘要： 通过对《列车牵引计算规程》中有关车辆制动能力设计的参数和公式的探讨，提出现行的车辆制动能力设计方法存在一定的局限性，并建议使用纯制动率概念来表述车辆的制动能力。

关键词： 铁道车辆；制动；设计方法
车辆制动能力的设计计算在新造车辆的设计过程中是十分重要的步骤。

除非新设计的车型与以往某种车型的各种参数基本相同时，可以参照旧车型的设计无需进行制动能力的核算外，否则这一步骤是必不可少的。

特别是在当前铁路“提速重载”的新形势下，对车辆制动能力的准确设计显得尤为重要。

1、准确理解《牵规》
多年来，车辆制动能力设计的依据是TB/T1407《列车牵引计算规程》(以下简称《牵规》)。

《牵规》中给出了一系列在试验基础上制定的参数和经验公式。

目前，这些参数和经验公式是指导车辆制动能力设计的惟一依据。

《牵规》中给出的参数和经验公式很多，但涉及车辆制动能力设计的关键参数和公式有：计算传动效率η，各种形式闸瓦的实算摩擦因数K ϕ，机车和车辆的运行单位基本阻力'0ω、“0ω，
制动空走时间K t 及制动粘着系数Z μ。

其他的参数或者由设计者自己确定，或者涉及到
的仅仅是计算方法。

值得注意的是《牵规》中一些参数的前面冠以“计算”或“实算”等字样。

《列车牵引计算规程解释》中对计算传动效率的实际含
义及其和闸瓦实算摩擦因数间关系的解释为：“《牵规》规定的基础制动装置计算传动效率，并不是实际传动效率，而是用溜放法测试闸瓦摩擦因数时对制动力的综合修正值。

“…为了确定实算摩擦因数的计算公式，假设传动效率为一固定值，称为计算传动效率。

”由以上叙述说明，一些参数的前面冠以“计算”或“实算”等字样是为了与实际值相区别。

换言之，凡是冠以“计算”或“实算”等字样的参数都是“假”的。

由于《牵规》中对于这些“假”的参数和公式的真实意义没有明确说明，因此，在应用的过程逐渐产生了误解。

齐齐哈尔铁路车辆(集团)有限责任公司曾向澳大利亚出口一批货车，澳方要求重车具有纯制动率大于13%的制动能力。

按照我国的设计方法，车辆的制动率等于全车闸瓦压力与车辆重量的比值，而全车闸瓦压力则等于制动缸输出的推力、基础制动杠杆倍率和基础制动装置传动效率三者的乘积，其中基础制动装置的传动效率依据《牵规》应取为85%。

由此计算得出的制动率应达到13%以上。

但是实测的制动率却达不到要求，由实测数据推算出的基础制动装置的传动效率只有60%左右，这同《牵规》中给出的85%的计算传动效率相差很大。

出现这种问题的根本原因是误认为《牵规》给出的计算传动效率是车辆基础制动装置的实际传动效率。

实际上，以上述计算方法得出的制动率只是计算制动率，而非纯制动率。

近来的一些制动计算报告中也存在一些问题。

有的意识到了基础制动装置的实际传动效率与计算传动效率的差别，因此想用更“符合”实际的传动效率进行计算，但是闸瓦的摩擦因数仍使用《牵规》给出
的实算摩擦因数。

有的则用实际的闸瓦摩擦因数代替实算摩擦因数，而传动效率仍用计算传动效率。

《列车牵引计算规程解释》中解释：基础制动装置的传动效率和闸瓦摩擦因数间是“与”关系，要么同“真”，要么同“假”，才能保证最终得到的制动力结果的相对真实性。

因此，如果要按照《牵规》进行车辆制动能力的设计，就应严格按其给出的参数和公式进行。

但是，以计算传动效率和实算摩擦因数作为制动能力设计参数确有值得商确的地方。

2、《牵规》的局限性
《列车牵引计算规程解释》中的有关解释也说明，基础制动装置的传动效率是问题的关键，由于计算传动效率的“假”，导致闸瓦摩擦因数的“假”。

因此，在一定程度上可以说它是制动能力设计中最关键的参数。

基础制动装置的传动效率主要与制动缸压力和基础制动装置的形式有关。

同一辆车，制动缸压力不同，传动效率会有很大变化。

不同车型，由于基础制动装置的形式不同，实际的传动效率也会有很大变化。

美国的试验数据表明，当制动缸压力为350kpa时,不同形式货车的基础制动装置的传动效率的变化范围为5%-70%。

这说明基础制动装置的传动效率是一个很不确定的因素，它对车辆的制动能力设计有很大影响。

引用计算传动效率作为设计参数，实际上是假定无论车辆的基础制动装置的形式如何，其传动效率均为一固定值。

而实际的传动效率
是变化的，且变化范围很大。

因此，在设计中引进传动效率做为设计参数会使车辆实际具有的制动能力的准确性大打折扣。

为了便于说明，不妨做如下假设：
（1）假定《牵规》给出的传动效率和闸瓦的摩擦因数是真实的。

（2）A、B 2种货车车型专列编组运行。

由于基础制动装置的布置形式不同，两者的基础制动装置的实际传动效率存在一定的差异，其中A型车为85%，B型车为70%。

除此以外，2种车型的其他参数均相同。

设计者进行制动能力的设计时，必然得出2种车型的基础制动杠杆的倍率，空车和重车的制动率以及列车实行紧急制动时的制动距离等均相同的结果。

但是由于B型车的实际传动效率只有70%，其实际制动能力较计算值要弱一些，紧急制动距离要长一些。

如果A型车制动能力已接近极限,即在要求的运行速度下,重车的紧急制动距离已十分接近规定值,则B型车的紧急制动距离将很有可能会超出规定值。

为了在实际运用时不出问题，只有采取限制最高运行速度或降低载重的办法以使车辆具有足够的制动能力，这样就违背了设计的初衷，影响了列车运能的发挥。

另一种可能是，假设用于制定《牵规》的试验车辆的基础制动装置的实际传动效率平均为70%，某种新车型由于采用了传动效率较高的基础制动装置，实际传动效率达到了85%，则该车型的实际制动能力要高出计算值。

对于重车而言，其制动能力是富裕的，但是对于空车，则有擦伤车轮的可能。

按目前制动能力设计方法设计的车辆没出现问题的原因，笔者认
为，《牵规》中有关货车制动能力设计计算的参数和经验公式是以占货车绝大多数的敞、棚、平、罐等车型为试验对象制定的，由于这些车型的基础制动装置的布置形式类似，因此，传动效率可能相差不大，加之以往货物列车的运行速度较低，即使车辆的制动能力有较大差别，也未必能显现出来。

随着铁路运输的发展，一方面货车车型将向多品种、专用化的方向发展，车辆基础制动装置的形式也会多种多样；另一方面，列车运行速度将会提高，车辆载重也会加大，由于受制动距离条件的限制，车辆的制动能力将趋于极限。

如果仍以计算传动效率为参数进行制动能力的设计计算，基础制动装置的实际传动效率的变化对车辆制动能力的影响将会显得突出。

3、解决问题的建议
综上所述，按现行车辆制动能力设计方法计算得出的制动率由于掺杂了基础制动装置传动效率这一不确定因素，导致车辆实际的制动能力既不真实也不准确。

为了确保行车安全，车辆制动能力的设计应尽量排除不确定因素的干扰，方法很简单——实测车辆的制动率。

这个实测的制动率称为纯制动率。

纯制动率是静态实测全车闸瓦压力与车辆重量的百分比。

美国最初使用“理论制动率”的概念来表示车辆的制动能力，即假定基础制动装置的传动效率为100%而计算得出的车辆制动率。

这与我们假定计算传动效率为一定值是一样的，后来，由于认识到了传动效率变化的影响，而改用纯制动率（或净制动率）来表述车辆的制动能力。

采用纯制动率表示车辆的制动能力有如下优点：首先，由于纯制动率为实测值，它能够排除基础制动装置的传动效率这一不确定因素的干扰，无论车辆的基础制动装置的形式多么复杂，车辆的制动能力都能得到保证。

其次，由于不同车型的制动能力在车辆质量相同的情况下不会产生很大差别，因此，有利于减小列车制动时的纵向冲动。

目前，在铁道车辆的设计规范或标准中没有关于车辆制动率限度的具体规定，对于车辆设计者而言，进行车辆制动能力的设计只能凭借以往的经验。

如果用纯制动率来表述车辆的制动能力，自然要对制动率的限度做出具体规定，从而使得车辆制动能力的设计有章可循。

当然，用纯制动率作为车辆制动能力的设计参数，需要进行试验研究来确定相应的规范，并且要有经过认证的、性能可靠的闸瓦测力计才能实现。

在现有条件下，这些都不难做到。

[参考文献]
[1] 列车牵引计算规程解释[M].北京:中国铁道出版社,1984.
[2] 朱德功,宁郁.美国铁路现代制动技术[M].北京:中国铁道出
版社,1985.
[3] 舒新译.铁道制动工程设计[M].北京:中国铁道出版社.1986.。