24　高速列车的非黏着制动是怎么回事？什么是盘形涡流制动、轨道涡流制动和磁轨制动？

为了抵消前进时的巨大的惯性力，常用制动情况下，高速列车使用复合制动，即多种制动方式同时用，制动力分别来自空气制动、电制动和非黏着制动（non-adhesion braking）。

非黏着制动方式主要有盘形涡流制动、轨道涡流制动和磁轨制动。非黏着制动的制动力不受轮轨间黏着力的限制。制动时，制动力不通过车轮与钢轨的滚动接触点（黏着点）。

盘形涡流制动、轨道涡流制动均属于非黏着制动。非黏着制动是多种制动方式并用时的一种辅助制动方式，主要用在轮轨黏着状态下制动力不够的高速列车上。

涡流制动，也被称为感应刹车、电动刹车或电动减速，用来减缓或停止物体的运动，它将物体的动能耗散为热能。但是，涡流制动与轮盘式制动和轴盘式制动等摩擦制动不同，摩擦制动的阻力是由两个压在一起的物体表面之间的摩擦产生的，涡流制动的制动力是导电物体中的涡流通过电磁感应产生的电磁力，来源于导电物体和附近的磁铁之间的相对运动，制动力的大小与相对运动的速度成正比例。

在涡流制动装置中，磁场可能是由永磁体（能够长期保持其磁性的磁体）或电磁铁产生的，因此，可以通过改变电磁铁绕组上的电流来开启或关闭制动力。

涡流制动的另一个优点是，由于制动没有摩擦，所以制动表面没有磨损，不需要更换。涡流制动的缺点是由于制动力与运动物体的相对速度成正比，当运动物体静止时，制动力不能保持，所以涡流制动必须与轮盘式制动和轴盘式制动等摩擦制动同时使用。

1　盘形涡流制动

盘形涡流制动的原理是：钢质的涡流制动圆盘安装在拖车车轴上，涡流制动线圈安装在制动圆盘两侧。制动时电流通过涡流制动线圈，涡流制动线圈成为电磁铁，涡流制动圆盘随车轴转动时，涡流制动圆盘感应产生涡流；在电磁铁磁场的作用下，会在制动圆盘上产生一个与车轴转动方向相反的电磁制动力矩，来抵消车轴转动力矩，使列车减速。

盘形涡流制动原理

一个逆时针旋转的导电体金属圆盘（D），放置在磁铁的N极和S极中间，磁铁的磁力线（B，绿色）向下通过圆盘，在圆盘上感应出循环电流（I，红色），称为涡流。在磁铁迎着圆盘旋转方向的前缘（左），磁通量增加，所以涡流是逆时针方向的。在磁铁背离圆盘旋转方向的后缘（右），磁通量减小，所以涡流是顺时针方向的。根据楞次定律，涡流会产生一个（与产生涡流的磁场）相反的磁场（蓝色）。在磁铁的前缘（左），相反的磁场方向朝上，在圆盘的前进表面与磁铁之间产生一个排斥力。在磁铁的后缘（右），相反的磁场方向朝下，在圆盘的离开表面与磁铁之间形成一个吸引力。这两种力量都阻止圆盘的运动，使圆盘减速。金属圆盘有电阻，涡流流经金属圆盘，把圆盘旋转的动能转变成热量耗散掉。

2　轨道涡流制动

轨道涡流制动属于非黏着制动，利用电磁铁和钢轨的相对运动使钢轨感应出涡流，产生电磁吸力作为制动力。轨道涡流制动的电磁铁在制动时只放下到距离钢轨表面几毫米处而不与钢轨接触。轨道涡流制动对钢轨没有直接的磨损。轨道涡流制动与盘形涡流制动的原理是一样的，不同之处是轨道涡流制动的制动力施加在轨道上，而盘形涡流制动的制动力施加在拖车车轴的制动圆盘上。

轨道涡流制动原理

磁力线（B，绿色）从磁铁的N极向下延伸到导电的金属板（C）上，金属板（C）在固定的磁铁（N）下向左运动时感应产生了涡流（I，红色），从而产生了制动力。在磁铁运动方向的前缘（左面）不断增加的磁场使涡流逆时针方向旋转，根据楞次定律，金属板（C）与磁铁（N）之间产生了与磁铁的磁场方向相反的、向上的磁场（左面蓝色箭头），从而对运动的磁铁产生阻力。类似地，在磁铁运动方向的后缘（右面），不断减弱的磁场会感应出顺时针方向旋转的涡流，这就产生了一个磁力线（右面蓝色箭头）方向向下的磁场，吸引磁铁，在运动的磁铁上施加一个减速力。图右面的V代表制动力，其方向朝右，与磁铁的运动方向相反。

轨道涡流制动既不通过轮轨黏着，也没有磨耗问题。但是，轨道涡流制动消耗电能太多，约为磁轨制动的10倍，电磁铁发热也很厉害，所以，它也只是作为高速列车紧急制动时的一种辅助制动方式。

轨道涡流制动的缺点是，涡流会使钢轨升温，耗电量大，对轨道电路也有干扰，因此使用范围还不广泛。

3　磁轨制动

磁轨制动，是指制动时把列车转向架上的磁铁放下，让磁铁接触轨道，利用磁铁与轨道之间的吸引力来产生较大的摩擦力，从而使列车减速。磁轨制动属于非黏着制动，所以制动力不受轮轨黏着力的影响，其制动力比较稳定，常用于紧急制动。磁轨制动可以使列车制动距离减少20％。磁轨制动时，磁轨直接与轨道摩擦，会产生很大的热能，导致轨道升温，对钢轨的磨损比较大，因此，磁轨制动被更多地运用于紧急制动。

磁轨制动与上述轨道涡流制动很相似，也是把电磁铁悬挂在转向架下面同一侧的两个车轮之间；不同的是，磁轨制动的电磁铁接触并且紧贴轨道，而轨道涡流制动的电磁铁在制动时只放下到距离钢轨表面几毫米处而不与钢轨接触。

磁轨制动原理

紧急制动时，升降气管向升降气缸充气，电磁铁落下，励磁电流流入励磁线圈，电磁铁的磁力把铸铁极靴吸在钢轨表面，产生摩擦制动力。