火车刹车系统的组成和工作原理

众所周知，当我们踩下制动踏板时，汽车会减速直到停车。但这个工作是怎么样完成的？你腿部的力量是怎么样传递到车轮的？这个力量是什么样被扩大以至能让一台笨重的汽车停下来？　　首先我们把制动系统分成6部分，从踏板到车轮依次解释每部分的工作原理，在了解汽车制动原理之前我们先了解一些基本理论，附加部分包括制动系统的基本操作方式。　　基本的制动原理　　当你踩下制动踏板时，机构会通过液压把你脚上的力量传递给车轮。但实际上要想让车停下来必须要一个很大的力量，这要比人腿的力量大很多。所以制动系统必须能够放大腿部的力量，要做到这一点有两个办法：　　?杠杆作用　　?利用帕斯卡定律，用液力放大　　制动系统把力量传递给车轮，给车轮一个摩擦力，然后车轮也相应的给地面一个摩擦力。在我们讨论制动系统构成原理之前，让我们了解三个原理：　　?杠杆作用　　?液压作用　　?摩擦力作用　　杠杆作用　　制动踏板能够利用杠杆作用放大人腿部的力量，然后把这个力量传递给液压系统。　　如上图，在杠杆的左边施加一个力F，杠杆左边的长度(2X)是右边(X)的两倍。因此在杠杆右端可以得到左端两倍的力2F，但是它的行程Y只有左端行程2Y的一半。　　液压系统　　其实任何液压系统背后的基本原理都很简单：作用在一点的力被不能压缩的液体传递到另一点，这种液体通常是油。绝大多数制动系统也在此中放大制动力量。下图是最简单的液压系统：　　如图：两个活塞(红色)装在充满油(蓝色)的玻璃圆桶中，之间由一个充满油的导管连接，如果你施一个向下的力给其中一个活塞(图中左边的活塞)那么这个力可以通过管道内的液压油传送到第二个活塞。由于油不能被压缩，所以这种方式传递力矩的效率非常高，几乎100%的力传递给了第二个活塞。液压传力系统最大的好处就是可以以任何长度，或者曲折成各种形状绕过其他部件来连接两个圆桶型的液压缸。还有一个好处就是液压管可以分支，这样一个主缸可以被分成多个副缸，如图所示：　　使用液压系统的另外一个好处就是能使力量成倍的增加。在液压系统中你需要做的只是改变一个活塞和液压缸的尺寸，如下图：　　上图表示的就是力的加倍放大，力放大的倍数要以活塞的直径来定。左边的活塞直径为2寸(注：相当于5.08cm)，右边的活塞直径为6寸(相当于15.24cm)。因为圆的面积等于Pi * r2,所以左边的活塞面积为3.14平方厘米，右边的活塞面积为28.26平方厘米。右边的活塞面积比左边的大9倍。这就意味着给左边的活塞施加任何一个力，右边的活塞就会产生一个比左边大9倍的力。因此当你给左边的活塞施加一个100磅的向下的力时，右边的活塞就会产生一个900磅的向上的力。唯一的不足就是当左边的活塞向下运动9寸时，右边的活塞只能向上运动1寸。　　摩擦力　　摩擦力是一个物体在另一个物体上滑动的相互阻力，参照下图。两个物体的接触面都是用相同材料做成的但其中一个较另一个重，所以不难看出哪一边较难推动。　　要了解其中的原因，我们可以分析下面的例子：　　即使用肉眼看起来接触面很平滑，但在显微镜下他们确是相当粗糙的。当你把物体平放在桌面上时，物体和桌面之间的小锯齿会结合在一起，而他们其中有一些合适的锯齿会相互咬合，如果给他的压力越大，那么咬合的锯齿就越多，其阻力也越大，所以重的物体就更难推动。　　不同的材料表面，有不同的锯齿结构；举例来说：橡皮与橡皮之间就比钢与钢之间更难滑动。材料的类型决定了摩擦系数。所以摩擦力与物体接触面上的正压力成正比。例如：如果摩擦系数为0.1，一个物体重100磅，另一个物体重400磅，那么如果要推动他们就必须给100磅的物体施加一个10磅的力，给400磅的物体施加一个40磅的力才能克服摩擦力前进。物体越重则需要克服更大的摩擦力。这个原理就跟制动抓紧装置相似，如果给制动碟的压力越大那么车辆获得的制动力就越大。　　简单制动系统模型　　当踩下制动踏板时，在踏板处通过杠杆原理把制动力放大了3倍，再通过液压机构驱动活塞把制动力又放大了3被。放大以后的制动力推动活塞移动，活塞推动蹄片带动刹车卡钳紧紧的夹住制动碟，由蹄片与制动碟产生的强大摩擦力，让车减速。这就是简单的制动模型。通过它我们就可以理解制动系统的基本原理了。

刹车制动系统的组成作为制动系统，作用当然就是让行驶中的汽车按我们的意愿进行减速甚至停车。工作原理就是将汽车的动能通过摩擦转换成热能。汽车制动系统主要由供能装置、控制装置、传动装置和制动器等部分组成，常见的制动器主要有鼓式制动器和盘式制动器。鼓式制动器鼓式制动器主要包括制动轮缸、制动蹄、制动鼓、摩擦片、回位弹簧等部分。主要是通过液压装置是摩擦片与岁车轮转动的制动鼓内侧面发生摩擦，从而起到制动的效果。在踩下刹车踏板时，推动刹车总泵的活塞运动，进而在油路中产生压力，制动液将压力传递到车轮的制动分泵推动活塞，活塞推动制动蹄向外运动，进而使得摩擦片与刹车鼓发生摩擦...