问题

铁路车辆起停行驶控制与汽车有何异同?

回答
铁路车辆和汽车,虽然都属于交通工具,都在地面上运行,但它们在起停行驶的控制逻辑和实现方式上,有着截然不同的设计思路和技术考量。要详细地聊聊它们之间的异同,咱们得从它们各自的“基因”和“生存环境”说起。

首先,我们来扒一扒它们的“相同之处”:

核心目标:安全、平稳、高效的移动。 无论是一辆小汽车,还是庞大的火车,最终的目的都是把乘客或货物从A点安全、舒适、准时地运送到B点。这意味着起步要柔和,避免冲击;行驶要稳定,减少颠簸;制动要可靠,能迅速停车。
动力来源与传递: 现代铁路车辆和汽车大多采用内燃机或电力驱动。动力都需要通过传动系统(虽然形式不同)传递到车轮上,实现驱动。
速度控制: 两者都需要控制速度,包括加速、匀速和减速。这个过程中,都会涉及到对动力输出和制动力的调节。
制动系统: 虽然原理和执行方式有很大差异,但两者都有制动系统来降低速度和停车。

接下来,就要重点聊聊那些“大相径庭”的地方,这才是真正有趣的地方:

1. 运行环境与约束:

铁路车辆: 它们是在“轨道”上运行的。这就是最本质的区别。轨道提供了低滚动阻力(因为是钢轮对钢轨,相对来说摩擦小很多),但同时也意味着极低的摩擦系数,且方向完全固定。这就像给车辆套上了一个“缰绳”,只能沿着预设的轨道前进,无法自由转向。
汽车: 它们是在轮胎与路面之间进行摩擦驱动和转向的。路面情况复杂多变(沥青、水泥、泥土等),轮胎提供的摩擦力是关键,而转向机构则赋予了它极高的机动性。

2. 起停控制的本质区别:

铁路车辆:
低摩擦系数是关键: 由于钢轮对钢轨的摩擦系数很低,尤其是在潮湿或有油污的情况下。这意味着,要想让庞大的车身(即使是空载)开始移动,需要克服一个较大的静摩擦力。一旦开始滚动,动摩擦力会略有下降,但仍然需要持续的动力来维持速度。
牵引力与制动力: 铁路车辆的起停控制,很大程度上依赖于牵引力(发动机或电动机提供的动力)和制动力(通常是空气制动或电磁制动)的精确配合。
“爬坡”与“惯性”: 火车一旦启动,由于惯性很大,停下来需要很长的距离。反过来,启动也需要足够的牵引力来克服静止的惯性。
多轴联动: 火车通常是多节车厢连接在一起,所有的车轮都承受着巨大的重量。起步时,所有动力的车轮都需要同时提供牵引力,这就需要动力分配和协调。
制动方式: 传统的火车制动多为空气制动,通过压缩空气向车轮施加制动力。这种制动是分散式的,每一节车厢都有自己的制动器。现代一些车型也开始引入了更精密的电控制动。
“油门”与“刹车”的概念: 在火车上,我们更多谈论的是“牵引”和“制动”。驾驶员(列车长或司乘人员)通过操纵杆来控制牵引力的大小和制动力的施加。

汽车:
高摩擦系数与轮胎是关键: 轮胎与路面之间的摩擦是汽车行驶的基础。足够的摩擦力才能让车轮“抓住”地面,实现前进、后退和转向。
离合器(手动挡)与液力变矩器(自动挡): 这是汽车起步控制的核心。
手动挡: 离合器负责连接和断开发动机与变速箱的动力。起步时,需要缓慢松开离合器,同时踩油门,让发动机的动力一点点传递到车轮,平稳地克服静止的惯性。这个过程对驾驶员的脚感和对动力的感知要求很高。
自动挡: 液力变矩器(或电机的直接驱动)能够实现动力的无级传递,起步更加平顺,对驾驶员的脚感要求降低。
油门控制: 油门直接控制发动机的转速和进气量,从而控制动力输出的大小。
制动方式: 汽车制动通常是液压制动,通过油液压力传递到车轮的制动器(刹车盘和刹车片),实现制动。现代汽车还普及了ABS(防抱死制动系统)、EBD(电子制动力分配)等电子辅助系统,进一步提升了制动安全性和可控性。
转向与制动协同: 汽车可以通过改变方向盘角度来改变行驶方向,并且可以与制动系统协同工作,实现复杂的机动动作。

3. 控制系统的复杂性与逻辑:

铁路车辆:
更少的自由度,更集中的控制: 由于没有转向,铁路车辆的控制更侧重于纵向的牵引和制动。控制逻辑相对直接,但需要处理好巨大的惯性和低摩擦系数带来的挑战。
列车长/司乘人员的经验: 很多时候,铁路车辆的起停控制,尤其是启动,非常依赖于经验丰富的司乘人员对列车重量、线路坡度、道面情况的判断,以及对操纵杆的精细控制。
自动化程度: 现代铁路有自动驾驶、自动调度的系统,但其核心仍然是精确的牵引和制动指令。

汽车:
更多的自由度,更分散的控制: 汽车控制涉及到纵向(油门、刹车)和横向(转向)两个维度。
驾驶员的感知与决策: 汽车的起停控制,尤其是手动挡,是驾驶员通过观察、倾听、感知车辆的反应来完成的。这是一个复杂的感知决策执行循环。
电子辅助系统的普及: 现代汽车的电子辅助系统(如ESP、TCS、自动启停等)大大降低了驾驶难度,提升了安全性,但本质上也是在辅助驾驶员完成起停控制。

4. 驾驶体验与操作方式:

铁路车辆: 驾驶铁路车辆更像是一种“指挥”和“调度”,司乘人员通过操纵杆来控制牵引力和制动力,体验更偏向于对整体列车的“掌控”。起步需要耐心,制动需要预判。
汽车: 驾驶汽车更强调“人车合一”的体验,驾驶员通过方向盘、油门、刹车、离合器等一系列直接的物理交互来控制车辆。起步时,对离合和油门的配合要求较高;制动时,需要根据路况和车速做出判断。

总结一下:

铁路车辆的起停控制,是在低摩擦、高惯性、固定路径的约束下,依靠强大的牵引力和精确的制动力来完成的,更侧重于整体的力学协调和司乘人员的经验判读。

而汽车的起停控制,则是在高摩擦、相对低惯性、灵活路径的条件下,通过轮胎与路面的互动,并依赖于离合器/液力变矩器、油门、刹车和转向等一系列精密机械和电子系统的协同,以及驾驶员的感知与操作来实现的。

你可以想象一下,开火车就像是在指挥一个巨大的、稳重的“巨人”缓慢而有力地行动,需要耐心和预判。而开汽车,则更像是驾驭一个灵活的“伙伴”,需要你时刻与它沟通,根据不同的“心情”和“路况”做出反应。两者在控制的“哲学”上,可以说是殊途同归,但路径却大相径庭。

网友意见

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各位老司机带我。。。

图是东风4D型内燃机车(电传动)的司机室。图左侧那个翘起来的手柄叫做功率手柄,可以认为是油门。上面有5个档位,分别是0位(N档),1位(起步档)、降、保、升。想要机车启动时就提到1位,想要加油就继续提到保位,保位是手柄竖直状态。想要继续加油就继续向后拉手柄到升位,当油门(柴油机转速)达到你的理想状态时,松手柄,手柄会自动弹回保位,从而保持现有柴油机转速,相当于定速巡航(定的是柴油机转速,并不是机车运行速度)。想要降油门相反操作,手柄只要不推到1位,也会自动弹回保位。

功率手柄旁边有一个横着的带剪头的手柄,是换向手柄,向前拨是前进,向后是后退,中间是0。

最左边一个大铁疙瘩一样的东西就是刹车(制动机),上面有两个手柄,分别是自阀,单阀。简称大闸、小闸。大闸是控制整列火车的速度(风压),小闸只控制单机(车头)的风压。小闸是可以前后推的,越往前推制动力越大。大闸也是呈半圆形可以活动的。上面分别有过(量)冲(风)、运转、制动区、过量减压、取柄、非常(紧急制动),这几个位置,一般手柄压在运转位,顾名思义,可以运转吗。过冲就是让风缸里多冲点风。制动区就是刹车用的了,想要刹车,就将闸把子从运转位移至制动区,感觉刹不住可以追加。制动区是很长的一段,从最小到最大可以平滑的移动,你可以根据你想要的制动力在制动区移动。此处就是体现司机水平的地方了,老师傅一把闸定标,而你压多了就停的早,还要再提手柄向前走点。压少了就开过了,那事就大了。后面是过量,就是比制动区最大还大的制动力。然后是取柄,就是手柄取出。之后是非常,非常用制动,整列排风,最大制动力,紧急停车!

对!开火车的就是油门和刹车都是用手的!可是人家的脚也没闲着,脚下也有两个踏板,左脚撒沙,右脚风笛。

以上就是火车的油门和刹车(DF4D型车型),这只是最基本的如何操作,具体到里面是如何工作的这就在这说不清了(其实就是不知道!)

地方铁路,企业机车上的一位迷途小学员,班门弄斧,让各位正规军见笑了。如果有哪里说的不对,我师傅就是这么教我的。。。


加图 北京型液压传动内燃机车

和我的年龄相比。呵呵。。。

面部特写

司机室 咦?火车怎么还有方向盘?

说方向盘其实就是功率手柄的另一种存在方式。楼上

Enzo Jiang

老师说这叫 电机用电阻调速器。但那是电传式内燃机车和电力机车上的。北京是液传内燃机车,可能原理不太一样,但是作用应该是一样的,简单来说就是档位越大,劲越大……想要跑的快,就往蓝色区域转,达到一定速度,再拨回0位。黑色区域标志盘上写的是制动,坦白讲我不知道这是干什么用的(电阻制动?),我师父也不知道,从来也没见谁用过(回去问问我师娘!!)

冷却间

之所以叫冷却间,是因为上面那个斜面的东西,是很多个散热片(散热单节)。图最下这一大坨带一个压力表的,是风泵(空气压缩机)。梯子后面那两个圆筒子一样的东西,是鱼雷,哦不,是储风缸。

让我们再向前走 机械间

柴油机真身出现了。细心的玩家可能已经发现了,管路有三种颜色。黄色的是燃油,红色的是润滑油,绿色的是水。右边地板边上有两个泵,一个是燃油泵,一个是滑油泵。还有一个燃油粗滤器(老师傅告诉我如果机车柴油机转速不稳了,就在换端的时候拿闸把子使劲敲两下 ╮(╯_╰)╭ ) 话说这柴油机时间长了,企业机车也保养的不到位。到处漏油漏水。有一次水漏到缸里面水锤了。还有一次开着开着着火了。据听说曾经这台机车差点捐献给朝鲜……

另一个角度

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看了几个回答,总感觉能找出反例,哈哈。

随口白话几个吧。

就蒸汽机车而言,节流阀跟换向阀的全开到全关是没有任何阻挡的,但是为了保证运行时的平稳,两种阀都会在阀杆回转路径上附带弧形卡齿,通过阀杆附带的附带棘爪卡住卡齿的方式辅助锁定阀杆位置,但是实际上阀杆摆动到两条卡齿之间不影响机车运行。这个东西随便找个蒸汽机车司机室的照片就明白了。

就电力机车而言,采用直流牵引电机的机车及动车组通过改变励磁电压/电流、以及电机与电机之间的串并联关系,可以实现有级变速,表征为司控器把手上多个“档位”,我国的韶山1/3等为32档位,到韶山7/8/9为每10kph对应一个档位。

同样,目前更先进的,就是采用交流牵引电机的电力机车及动车组的控制方式已经算是码农去处理的问题了,对于司机而言只要方便就行,一般也就最多十几个档或者几十个档,有些车辆比较激进干脆就四五个档,如英国的390级高速动车组,动力/制动一体化手柄,动力档也就四个样子,回头去TS里确认下。

内燃机车略微复杂些,因为技术源流好几种,挨个分析下。

稀有的机械传动基本上就是汽车传动那套,功率小没什么问题。

较为稀有的液力传动一般适用于单发2000马力左右的内燃机车,当然也有FOITH那个CC3600装机4000马力,轮周3600马力的六轴液力机车。这些车辆因为马力过大,直驱启动时只会憋熄火发动机,故而在机械传动链当中在发动机输出轴外加一个液力变矩器,变矩器输出轴还是得接变速箱,所以还是有档位。

最后是内燃电传动机车。发动机输出轴直接连接主发电机,发出的电采用近似于电力机车的电气系统将电能各种转化,再将转化后的电传输到牵引电机上。

这种方式其实早在1920年代就出现了,但是酝酿到30年代末才开始出现商用型内燃电传动机车。因为EMD的电气系统相当于偷师GE,所以这两家从30年代到现在制造的内燃电传动机车基本都采用8档制,从当年的FT单头货机到目前最新的SD70AH都是如此。

我国的东风4系列却不一样,司控器调节发动机转速来控制输出动力,所以司控器只有 0 1 降 保 升 五位,哪种车都有的 0 位表示动力卸载,1 位表示怠速450rpm加载动力,要提速只能把手柄压至 升 位,一般司机还得考虑发动机负载问题转速提的慢,加个几十rpm放开手柄,任由手柄自行弹回 保 位。司机顶多也就将发动机转速升高至接近900rpm的地方,这时可以算慢功率输出,再高发动机就开始各种故障苗头了。等到临近线路限速的时候,手柄按至 降 位,降低转速至接近怠速松手再自然弹回 保 位,因为用不着那么大的动力了,稍微加载一点能保速就行。按照我的个人观察,这种司控器用在东风4、5、7全系,当然还有拉皮魔改的东风12。其余的东风8/11系目前暂未有机会见识司机室,等待大神解答。

爪机无力搜图,躺床上凭记忆随手按的,错漏颇多,欢迎拍砖。

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