1、制动机概述
2、制动与缓解
3、制动机概述教材
4.课程思政-黄继光号司机长寄语
5.三通阀
任务1.1制动装置概述
日常生活中，任何运输工具都离不开制动系统。小到自行车，大到航天飞机，制动系统都起着保证运输安全的重要作用。对于铁路运输来讲，列车的运行过程包括牵引、惰性和制动三个基本工况，而制动工况的顺利实施关键在于制动系统有效，可靠地工作。
【布置任务】
² 1.1.1掌握制动装置的组成
² 1.1.2了解制动机的发展历程
² 1.1.3分析直通式空气制动机原理
² 1.1.4分析自动空气制动机原理
【相关资料】
所谓制动是指能够人为地产生列车减速力并控制这个力的大小，从而控制列车减速或阻止它加速运行的过程。制动过程必须具备两个基本条件：1实现能量转换；2控制能量转换。
制动力是指制动过程中所形成的可以人为控制的列车减速力。制动系统是指能够产生可控制的列车减速力，以实现和控制能量转换的装置或系统.。制动系统由制动机、手制动机和基础制动装置三大部分组成，其控制关系(即工作流程)如图1-1-1所示。
图1-1-1制动系统控制关系
无论是机车还是车辆，都具有各自的制动系统，即各自的制动机、手制动机和基础制动装置。当机车、车辆编组成列车后，其各自的制动系统相互联系而构成一个统一的制动系统——列车制动系统。因此，制动系统则有了机车制动系统、车辆制动系统和列车制动系统之分。由于制动系统的设置目的是实现列车能够按照人的意志减速或准确停车，所以制动系性能的好坏不仅影响着列车制动效果，而且影响着铁路运输生产。衡量制动系统性能的优劣，主要是衡量制动机性能的好坏，性能良好的制动机对铁路运输有以下几方面的促进作用：
一般所说的制动装置应包括制动机、基础制动装置和手制动装置三大部分。
制动机按操纵方法和动力来源的不同，一般可分为空气制动机、电空制动机、真空制动机等。
1825年9月27日，在英国的斯多克顿至达林顿之间建成了世界上第一条铁路，于是世界上第一列由蒸汽机车牵引的列车开始运营。当时所使用的制动机是人力制动机，即手制动机。当运行中需要制动时，由设置在列车上的若干名制动员根据司机所给信号操纵每一节车上的手制动机来完成制动。可见，人力制动不仅使工作在较恶劣环境中的制动员的劳动强度增大，更主要的是大大降低了列车中各车辆制动的同时性，从而造成严重的制动冲击，影响列车制动效果。
1869年，美国工程师乔治·韦斯汀豪斯发明了世界上第一台空气制动机——直通式空气制动机。直通式空气制动机属于气动装置，并且由司机单独操纵，所以与人力制动机相比，大大提高了列车制动的同时性，减小了制动冲击，改善了列车的制动效果。但是，由于直通式空气制动机自身的工作机理，使其在运用过程中，存在着致命的弱点——当列车分离时，列车将失去制动作用。
1872年，乔治·韦斯汀豪斯在直通式空气制动机的基础上，研制出了一种新型的空气制动机——自动空气制动机。自动空气制动机克服了直通式空气制动机的致命弱点，从而在铁路运输中，得到了广泛的应用，甚至直到科技高度发展的今天，世界各国铁路运输的列车所使用的空气制动机，其工作原理均源于自动空气制动机。
我国铁路在解放前，机车制动机几乎完全依赖进口，且绝大部分是美国韦斯汀毫斯系统的空气制动机，如蒸汽机车上就是安装的美国单端操纵的ET-6型机车空气制动机。到了20世纪60年代初期，由ET-6演变成的适应双端操纵的EL-14型机车空气制动机才开始在电力、内燃机车上装用。这两种机车制动机在20世纪70年代还处于数量上的绝对地位，直至20世纪80年代才逐步淘汰。ET-6和ET-14型机车空气制动机是美国20世纪20年代的产品，这些产品在结构上存在固有的缺点：
20世纪80年代开始，针对国内自主研制的机车制动机，我国逐步完成了相关铁道机车制动机行业标准的编制，并得到了很好的贯彻和实施，满足了当时机车制动机的开发与制造，对提高机车制动机的产品和服务质量起到了一定的作用。在当今国际制动技术飞速发展的时代，我国原有的机车制动机标准已明显不能适应发展的步伐，需要重新制订或修订，对原有的机车制动机标准进行补充与完善，使之适应制动技术的发展，指导我国机车制动机的发展与进步。我国机车制动机标准的制订或修订，可以通过机车制动机标准体系建设来完成。通过该标准体系的建设，可以使其组成达到有序化、整体化和科学化，可以确保体系中的个性标准满足时效性、科学性、协调性及采标性要求，满足国际接轨要求。通过该标准体系的建设，可以指导推进我国机车制动机的开发与制造，提高机车制动机的产品和服务质量，加速我国机车制动机的技术进步。
制动方式是指制动过程中列车动能的转换方式或制动力的形成方式。
按照动能转换方式分类，制动方式可分为热逸散制动和动能转换成有用能制动，见表1-1-1。
表1-1-1 制动方式按动能转换方式分类
制动方式 | 分 类 | 应 用 | ||
热逸散制动 | 摩擦制动 | 固体摩擦制动 | 踏面制动 | 广泛应用 |
盘形制动 | ||||
磁轨摩擦制动 | 在高速机车、动车组上采用，目前尚未普及 | |||
液体摩擦制动 | 液力传动机车采用 | |||
动力制动 | 电阻制动 | 在电力机车上普遍采用 | ||
磁轨涡流制动 | 在高速机车、动车组上采用，目前尚未普及 | |||
加馈电阻制动 | 在电力机车上普遍采用 | |||
风阻制动及喷气制动 | 在高速机车、动车组上采用，目前尚未普及 | |||
动能转换成 | 再生制动 | 在电力机车上采用 | ||
飞轮储能制动 | 电动车组，目前尚未普及 | |||
按照制动力形成方式分类，制动方式又可分为黏着制动和非黏着制动，见表1-1-2。
表1-1-2 制动方式按制动力形成方式分类
制动方式 | 分 类 | 应 用 | |
黏着制动 | 摩擦制动 | 踏面制动 | 广泛应用 |
盘形制动 | |||
动力制动 | 电阻制动 | 在电力机车上普遍采用 | |
再生制动 | 在电力机车上采用 | ||
加馈电阻制动 | |||
惯性制动 | 飞轮储能制动 | 电动车组，目前尚未普及 | |
非黏着制动 | 磁轨摩擦制动 | 在高速机车、动车组上采用，目前尚未普及 | |
铁路机车(或车辆)的空气制动机的雏型是直通式的制动机。它的作用原理如图l-1-2所示。
1．空气压缩机所生产的压力空气贮存于总风缸内，并经总风缸管进入制动阀，当列车需要制动时，司机将制动阀手柄置于制动位Ⅲ，总风缸的压力空气便经制动阀通往列车管，并进入每节车辆的制动缸，推动制动缸鞲鞴向右移动，带动基础制动装置杠杆绕部固定点作顺时针方向转动，闸瓦左移并压紧车轮，使列车产生制动作用。
闸瓦压紧车轮的制动力的大小，取决于制动缸压力的大小，而制动缸压力的大小，需根据司机置制动阀手柄于制动位时间的长短而定。若手柄长时间地置制动位，制动缸的压力最终将与总风缸压力平衡。
当司机需要缓解列车制动时，可将制动阀手柄移置缓解位I，制动缸内的压力空气便经由列车管自制动阀排风口排往大气，制动缸压力逐渐降低。当手柄在缓解位放置足够的时间时，则制动缸压力降到零，列车制动缓解。
当制动阀手柄在中立位Ⅱ时，列车管既不通大气，也不通总风缸，如果将手柄在Ⅱ与Ⅲ之间来回移动，则制动缸压力阶段上升，列车将得到阶段制动；如果将手柄在I与Ⅱ之间来回移动，制动缸压力阶段下降，列车将阶段缓解。
2．直通制动机的特点
(1)结构简单，操纵灵活，且有阶段制动和阶段缓解性能。适用于较短的列车。
(2)由于列车制动时，所有制动缸的压力空气，均需直接来源于总风缸，所以离机车越远的制动缸，充气的速度就越慢。制动的一致性不好，对于长大列车会造成冲动；缓解时所有制动缸的压力空气，均需经制动阀排风口排出，前后车辆制动缸的排风速度不一致，即缓解的一致性不好。
图1-1-2直通空气制动机工作原理
1-空气压缩机2-总风缸3-制动阀4-制动缸5-折角塞门6-闸瓦7-制动软管连接器
Ⅰ、缓解位 Ⅱ、保压位 Ⅲ、制动位
(3)这种列车管增压制动、减压缓解的直通制动机还有一个重大缺点是一旦列车断钩分离时，不能自动制动。
由于存在着以上这些缺点，所以直通制动机在现代铁路运输中，基本上已被淘汰。
自动空气制动机与直通空气制动机的基本不同点是：自动空气制动机在列车管与制动缸之间，增加了三通阀和副风缸；在总风缸与制动阀之间，增加了减压阀。图1-1-3为自动空气制动机的作用原理图。
1．列车在运行中或在制动后需要缓解时，司机置制动阀的手柄于充气缓解位I，此时总风缸的压力空气经减压阀减到规定压力后，通过制动阀通向列车管，并通过三通阀，同时向副风缸充气。与此同时，制动缸经三通阀排风口通大气。简言之，制动阀手柄在位时，副风缸充气，制动缸排气，列车缓解。
当列车管和副风缸充到规定压力(例如500kPa)时，由于减压阀调定值的限制，即使手柄继续留在I位，列车管的压力，亦不会上升。当列车管由于漏泄而压力降低时，减压阀会自动向列车管补气。
列车在运行中需要制动时，司机可将手柄自充气缓解位Ⅰ移至制动位Ⅲ，这时列车管的压力空气经制动阀排风口排往大气，由于列车管降压，各三通阀产生动作，副风缸的压力空气经三通阀通往制动缸。制动缸压力逐渐上升(这时制动缸经三通阀排风口通大气的通路已被切断)，并通过基础制动装置杠杆的动作，使列车产生制动作用。
图1-1-3自动空气制动机工作原理
1-闸瓦；2-给风阀；3-自动制动阀；4-折断塞门；5-远心集尘器；6-三通阀；7-制动缸；8-手制动机；9-折角塞门；10-制动软管连接器；11-车轮；12-基础制动装置；13-副风缸；14-总风缸；15-空气压缩机；Ⅰ-缓解位； Ⅱ-保压位；
Ⅲ-制动位。
2．自动制动机的特点
(1)由于具有列车管增压缓解、减压制动的性能，故列车断钩分离或拉紧急制动阀(车长阀)时，全列车能自动制动。
(2)当列车制动时，各车辆的制动缸的压力空气来源于附近的副风缸，列车管只需由制动阀少量减压，就会产生制动作用，所以前后车辆制动的一致性好，冲击也小。缓解时各车辆制动缸的压力空气，经由附近的三通阀排风口排入大气，勿需象直通制动机那样，均需经制动阀排风口排出，所以前后车辆缓解的一致性也较好。因此，自动空气制动机适用于较长大的列车。
作为自动空气制动机的最重要部件——三通阀或分配阀，虽然种类和形式很多，构造也各不相同，但就其基本原理而言是相同的。都是当自动制动阀向列车管充气时，制动机产生缓解作用；当列车管减压时，制动机产生制动作用。为了适应铁路运输的高速化和现代化的发展，要求制动机也能相应的具有制动力强、安全可靠、作用迅速、平稳等多种完备的性能，因而就三通阀或分配阀的结构而言，将会愈来愈复杂。
三通阀或分配阀按其性能的不同，可分为二压力机构、三压力机构和二、三压力相结合的机构三种基本形式。
在上一节中我们谈到了自动空气制动机与直通空气制动机的重要区别之一是增加了三通阀。它的作用原理如下：
当制动阀手柄置于缓解位时，列车管增压，推动主鞲鞴向右移动到极端位置，充气沟开放，列车管的压力空气经充气沟向副风缸充气。当副风缸的空气压力与列车管的压力平衡时，充气过程停止。在列车管空气压力推动主鞲鞲右移的同时，带动滑阀右移，并将制动缸与排风口通。制动缸内的压力空气便经排风口排向大气。制动缸鞲鞴在复原弹簧作用下左移，并通过基础制动装置带动闸瓦离开车轮，呈缓解状态。
当制动阀手柄置于制动位时，列车管减压，主鞲鞴两侧压力失去平衡，副风缸的空气压力推动主鞲鞴向左移动，充气沟被关闭。主鞲鞴的左移是先带动节制阀左移一个间隙(右侧)，再带动滑阀继续左移，这时，副风缸经滑阀上下贯通孔与制动缸连通，副风缸向制动缸充风，制动缸压力上升(副风缸压力下降)，制动缸鞲鞴右移，并通过基础制动装置使闸瓦紧压车轮而产生制动作用。
当制动阀手柄自制动位移到中立位时，列车管压力不再下降。由于三通阀原来已呈制动位(图1-1-5)，故副风缸仍继续向制动缸充风。当副风缸空气压力下降到略低于列车管压力时，主鞲鞴被列车管压力推动向右移动一个间隙(左侧)。由于主鞲鞴两侧压差甚微，仅能克服节制阀的阻力，而不能带动滑阀一起右移，由于节制阀的微小移动，关闭了副风缸通往制动缸的通路，副风缸停止降压，制动缸压力亦不再上升。制动机呈中立位(制动后保压位)。
图1-1-4三通阀充气缓解作用位
1-主活塞及主活塞杆；2-节制阀；3-滑阀；4-副风缸；5-制动缸；6-三通阀；i-充气沟；B间隙；
z-滑阀制动孔；r-滑阀座制动缸孔；n-滑阀缓解联络槽；EX-排气口
图1-1-5三通阀制动作用位
1-主活塞及主活塞杆；2-节制阀；3-滑阀；4-副风缸；5-制动缸；6-三通阀；i-充气沟；B间隙；
z-滑阀制动孔；r-滑阀座制动缸孔；n-滑阀缓解联络槽；EX-排气口
图1-1-6三通阀制动保压位
1-主活塞及主活塞杆；2-节制阀；3-滑阀；4-副风缸；5-制动缸；6-三通阀；i-充气沟；B间隙；
z-滑阀制动孔；r-滑阀座制动缸孔；n-滑阀缓解联络槽；EX-排气口
从上述三通阀的作用原理可以看出，三通阀的动作依靠主鞲鞴两侧的两个压力——列车管压力与副风缸压力的压力差或压力平衡来控制。我们通常称这种受两个压力支配的制动机为“二压力机构”制动机。这种制动机具有一次缓解的特点。
按制动原动力和操纵控制方法的不同，机车及车辆制动机可分为手制动机、空气制动机、真空制动机、电空制动机和电（磁）制动机。
手制动机是铁路机车车辆制动以人力作为制动原动力，通过人为操纵手柄的转动方向和手力的大小来操纵控制车辆的制动、缓解作用，如图1-1-7所示。其构造简单、费用低廉。缺点是劳动强度大，列车各车辆制动的同时性差，制动冲击严重，影响列车制动效果。
图1-1-7机车手制动机
空气制动是铁路机车车辆通过改变列车管内压缩空气的压强来操纵控制列车的制动、缓解作用。它的制动力大，操纵控制灵敏、便利。空气制动机主要有直通空气制动机和自动空气制动机两种。直通空气制动机和自动空气制动机这两种制动机的结构和原理在上节内容中已做了详细的介绍，所以此处不再赘述。
真空制动机是以大气（与真空的压差）为原动力，通过改变真空度来操纵控制列车的制动、缓解，如图1-1-8所示。
这种制动机的制动压强最高只能达到一个大气压，所以制动力受到限制，制动缸要做得很大，所占空间较大，重量也较大；并且气密性要求较高，性能没有空气制动机好。
电空制动机为电控空气制动机的简称。它是在空气制动机的基础上加装电磁阀等电气控制部件而形成的。
电空制动机的特点：用电进行操纵控制，但制动作用的原动力还是压力空气（它与大气的压差）。在制动机的电控因故失灵时，仍可以实行空气压强控制（气控），临时变成空气制动机。
操纵控制和原动力都用电的制动机称为电磁制动机，简称电制动机（其实，对于这种制动方式，制动机和基础制动已很难截然分开了）。
（1）轨道涡流制动机如图1-1-10所示，制动时，安装在转向架构架侧梁下的电磁铁下放，电磁铁励磁，产生强大磁场。列车的动能通过钢轨产生的涡流转化为热能，最终散于大气。轨道涡流制动既不通过轮轨黏着（不受其限制），也没有磨耗问题。但是，它消耗电能太多，约为磁轨制动的10倍，电磁铁发热也很严重，所以，它只是作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式。
（2）旋转涡流制动（涡流式圆盘制动）是在牵引电动机轴上装金属盘，制动时金属盘在电磁铁形成的磁场中旋转，盘的表面被感应出涡流，产生电磁吸力，并发热消散于大气，从而产生制动作用。
（3）轨道电磁制动机也叫磁轨制动机。制动时，安装在转向架构架侧梁下的电磁铁下放，电磁铁励磁，与钢轨产生吸力。列车的动能通过电磁铁下的磨耗板与钢轨的摩擦转化为热能，经钢轨和磨耗板，最终散于大气。
（4）轨道电磁制动能得到较大的制动力，常被高速列车用作紧急制动时的一种补充制动方式。这种制动方式的缺点是在制动时容易造成轨道的磨耗，列车运行时其结构复杂的装置增加了列车的重量。
4、课内测验
5、主题讨论
