高速列車如何“剎一腳 ” ？

庫可

科技的發展讓我們追求列車更快的速度，但如何讓飛馳的列車安全、平穩地停下來？可不僅僅是“師傅，剎一腳！”這么簡單。

“剎車”的專業術語叫“制動”，從能量轉化的角度看，“制動”本質上就是把動能①轉化為其他形式的能量，直至速度為0、動能為0。那么，高速行進的列車是如何進行“制動”的？

“老手藝”機械制動

機械制動就是我們傳統意義上的“剎車”。動車組的車輪或者車軸上安裝有制動盤，在轉向架上安裝有制動夾鉗。制動時，制動夾鉗抱緊制動盤，依靠摩擦力將列車的動能轉化為熱能。這從原理上和汽車甚至自行車的剎車沒有什么區別。

動車組和汽車的機械制動有什么不同呢？汽車上的制動裝置依靠液壓驅動，而絕大多數動車組及其他列車的制動裝置依靠壓縮空氣驅動，有貫穿整列車的壓縮空氣管路，安裝有空壓機、風缸等附屬設備，所以也叫“空氣制動”。

“新幫手”電制動

除了機械制動，動車組以及部分機車還普遍使用另一種制動方式，叫電制動。電制動依靠驅動列車前進的牽引電動機實現。

發電機將其他形式的能量轉化為電能，電動機將電能轉化為機械能。動車組普遍采用三相異步電動機，加速時，電動機在電磁感應作用下轉子帶動車輪轉動，驅動列車前進；進行制動時，電動機不再輸出牽引力，列車在慣性的作用下，電動機變成了發電機，列車的一部分動能就轉化成了電能。

那么電制動產生的電，流向何處呢？

通常有兩種形式，一是再生制動，將電制動產生的電能回饋到驅動列車的電網，對電能進行再利用。再生制動同樣也被應用于電動汽車上，俗稱“能量回收”，制動產生的電能可以給電動汽車的電池組充電。二是電阻制動，將電制動產生的電能給采用大功率電阻通電，電阻發熱將電能轉化為熱能耗散在空氣中。

新老結合的制動“大腦”

一列16節的長編組“復興號”動車組制動時，需要同時控制160個制動夾鉗、32臺牽引電機以及兩種不同的制動方式協同工作。這就要依靠制動的“大腦”——制動控制系統來實現。

制動控制系統根據司機發出的不同級位的制動指令，通過計算機、列車網絡控制各個車廂不同的制動方式協同工作。此外，若計算機控制的“電制動”+“空氣制動”系統失效，司機還能依靠單純的空氣制動實現緊急制動，確保行車安全。

除了上述兩種主流制動外，還存在著一些“非主流”的制動方式，比如磁軌制動、渦流制動、翼板制動等等。其中比較有意思的是“翼板制動”，列車制動的時候車體上會伸出一副“耳朵”，起到類似于戰斗機“減速板”的作用，增大列車的空氣阻力以達到減速的效果。