24　高速列車的非黏著制動是怎么回事？什么是盤形渦流制動、軌道渦流制動和磁軌制動？

為了抵消前進時的巨大的慣性力，常用制動情況下，高速列車使用復合制動，即多種制動方式同時用，制動力分別來自空氣制動、電制動和非黏著制動（non-adhesion braking）。

非黏著制動方式主要有盤形渦流制動、軌道渦流制動和磁軌制動。非黏著制動的制動力不受輪軌間黏著力的限制。制動時，制動力不通過車輪與鋼軌的滾動接觸點（黏著點）。

盤形渦流制動、軌道渦流制動均屬于非黏著制動。非黏著制動是多種制動方式并用時的一種輔助制動方式，主要用在輪軌黏著狀態下制動力不夠的高速列車上。

渦流制動，也被稱為感應剎車、電動剎車或電動減速，用來減緩或停止物體的運動，它將物體的動能耗散為熱能。但是，渦流制動與輪盤式制動和軸盤式制動等摩擦制動不同，摩擦制動的阻力是由兩個壓在一起的物體表面之間的摩擦產生的，渦流制動的制動力是導電物體中的渦流通過電磁感應產生的電磁力，來源于導電物體和附近的磁鐵之間的相對運動，制動力的大小與相對運動的速度成正比例。

在渦流制動裝置中，磁場可能是由永磁體（能夠長期保持其磁性的磁體）或電磁鐵產生的，因此，可以通過改變電磁鐵繞組上的電流來開啟或關閉制動力。

渦流制動的另一個優點是，由于制動沒有摩擦，所以制動表面沒有磨損，不需要更換。渦流制動的缺點是由于制動力與運動物體的相對速度成正比，當運動物體靜止時，制動力不能保持，所以渦流制動必須與輪盤式制動和軸盤式制動等摩擦制動同時使用。

1　盤形渦流制動

盤形渦流制動的原理是：鋼質的渦流制動圓盤安裝在拖車車軸上，渦流制動線圈安裝在制動圓盤兩側。制動時電流通過渦流制動線圈，渦流制動線圈成為電磁鐵，渦流制動圓盤隨車軸轉動時，渦流制動圓盤感應產生渦流；在電磁鐵磁場的作用下，會在制動圓盤上產生一個與車軸轉動方向相反的電磁制動力矩，來抵消車軸轉動力矩，使列車減速。

盤形渦流制動原理

一個逆時針旋轉的導電體金屬圓盤（D），放置在磁鐵的N極和S極中間，磁鐵的磁力線（B，綠色）向下通過圓盤，在圓盤上感應出循環電流（I，紅色），稱為渦流。在磁鐵迎著圓盤旋轉方向的前緣（左），磁通量增加，所以渦流是逆時針方向的。在磁鐵背離圓盤旋轉方向的后緣（右），磁通量減小，所以渦流是順時針方向的。根據楞次定律，渦流會產生一個（與產生渦流的磁場）相反的磁場（藍色）。在磁鐵的前緣（左），相反的磁場方向朝上，在圓盤的前進表面與磁鐵之間產生一個排斥力。在磁鐵的后緣（右），相反的磁場方向朝下，在圓盤的離開表面與磁鐵之間形成一個吸引力。這兩種力量都阻止圓盤的運動，使圓盤減速。金屬圓盤有電阻，渦流流經金屬圓盤，把圓盤旋轉的動能轉變成熱量耗散掉。

2　軌道渦流制動

軌道渦流制動屬于非黏著制動，利用電磁鐵和鋼軌的相對運動使鋼軌感應出渦流，產生電磁吸力作為制動力。軌道渦流制動的電磁鐵在制動時只放下到距離鋼軌表面幾毫米處而不與鋼軌接觸。軌道渦流制動對鋼軌沒有直接的磨損。軌道渦流制動與盤形渦流制動的原理是一樣的，不同之處是軌道渦流制動的制動力施加在軌道上，而盤形渦流制動的制動力施加在拖車車軸的制動圓盤上。

軌道渦流制動原理

磁力線（B，綠色）從磁鐵的N極向下延伸到導電的金屬板（C）上，金屬板（C）在固定的磁鐵（N）下向左運動時感應產生了渦流（I，紅色），從而產生了制動力。在磁鐵運動方向的前緣（左面）不斷增加的磁場使渦流逆時針方向旋轉，根據楞次定律，金屬板（C）與磁鐵（N）之間產生了與磁鐵的磁場方向相反的、向上的磁場（左面藍色箭頭），從而對運動的磁鐵產生阻力。類似地，在磁鐵運動方向的后緣（右面），不斷減弱的磁場會感應出順時針方向旋轉的渦流，這就產生了一個磁力線（右面藍色箭頭）方向向下的磁場，吸引磁鐵，在運動的磁鐵上施加一個減速力。圖右面的V代表制動力，其方向朝右，與磁鐵的運動方向相反。

軌道渦流制動既不通過輪軌黏著，也沒有磨耗問題。但是，軌道渦流制動消耗電能太多，約為磁軌制動的10倍，電磁鐵發熱也很厲害，所以，它也只是作為高速列車緊急制動時的一種輔助制動方式。

軌道渦流制動的缺點是，渦流會使鋼軌升溫，耗電量大，對軌道電路也有干擾，因此使用范圍還不廣泛。

3　磁軌制動

磁軌制動，是指制動時把列車轉向架上的磁鐵放下，讓磁鐵接觸軌道，利用磁鐵與軌道之間的吸引力來產生較大的摩擦力，從而使列車減速。磁軌制動屬于非黏著制動，所以制動力不受輪軌黏著力的影響，其制動力比較穩定，常用于緊急制動。磁軌制動可以使列車制動距離減少20％。磁軌制動時，磁軌直接與軌道摩擦，會產生很大的熱能，導致軌道升溫，對鋼軌的磨損比較大，因此，磁軌制動被更多地運用于緊急制動。

磁軌制動與上述軌道渦流制動很相似，也是把電磁鐵懸掛在轉向架下面同一側的兩個車輪之間；不同的是，磁軌制動的電磁鐵接觸并且緊貼軌道，而軌道渦流制動的電磁鐵在制動時只放下到距離鋼軌表面幾毫米處而不與鋼軌接觸。

磁軌制動原理

緊急制動時，升降氣管向升降氣缸充氣，電磁鐵落下，勵磁電流流入勵磁線圈，電磁鐵的磁力把鑄鐵極靴吸在鋼軌表面，產生摩擦制動力。