鉄道ブレーキシステム：機能、種類と歴史

主な種類と作動原理

ブレーキシステムには、広く用いられている複数の系統がある。圧縮空気ブレーキ（しばしばウェスティングハウス式空気ブレーキと呼ばれる）は、列車全体に通じるブレーキ管と空気だめを用い、管内圧力の変化によってブレーキシリンダーを作動させる。真空ブレーキは、真空を発生・解除して圧力差を生じさせ、制輪子を作用または緩解させる。発電ブレーキは主電動機を発電機として使用し、電気エネルギーを熱に変換するか電力網へ戻すことで、直接の摩擦に頼らず制動力を得る。

機械式の方式には、車輪の踏面に制輪子を押し当てる踏面ブレーキと、ディスクにパッドを作用させるディスクブレーキがあり、後者は現代の車両で増加している。多くのシステムに共通する主要部品には、圧縮機または真空ポンプ、主空気だめ、ブレーキ管または導管、ブレーキシリンダー、シリンダーの力を制輪子またはパッドへ伝えるブレーキてこ装置、制御弁が含まれる。機関車にはこのほか、単独ブレーキまたは直通空気ブレーキ、留置時や非常時に用いる装置も備えられる。

歴史と発展

19世紀における列車全体に連続して作用するブレーキの発展は、鉄道の安全性と運行を大きく変えた。発明家や技術者は、制御圧力が失われるとブレーキが緩解するのではなく作用する、自動的でフェイルセーフなブレーキの実現に取り組んだ。これにより、列車が分離した場合でも、制御不能のまま走行することを防ぐことができる。やがて空気圧式システムには電気・電子制御が加わり、電気機関車およびディーゼル電気式車両では回生方式も補完的に用いられるようになった。

用途、運転上の取扱いと安全

ブレーキは通常運転での速度制御と停止、勾配区間での逸走防止、留置中の車両固定に使用される。列車の取扱いでは、機関車の単独ブレーキと列車の自動ブレーキを協調させる必要がある。安全な運行には、定期的な点検、接触面である制輪子・パッド・ディスクの保守、ならびに空気圧回路や電気回路の試験が重要である。主要幹線の旅客輸送では、段階緩解制御と、摩擦ブレーキおよび発電ブレーキを組み合わせるブレンデッドブレーキにより、乗り心地の向上と摩耗の低減が図られる。

区別と主な特徴

• フェイルセーフの原則：多くの列車ブレーキは、ブレーキ管の圧力が失われた際にブレーキが緩解するのではなく、作用するよう設計されている。
• 発電・回生ブレーキ：機械的な摩耗を減らせる一方、車両の電力システムに依存する。
• 踏面ブレーキとディスクブレーキ：選択に際しては、車輪寿命、制動性能、保守などの要素の均衡が考慮される。

システム設計と規格に関する技術的な参照情報については、ブレーキシステムの概要、鉄道車両の運用に関する一般資料、安全および試験に関する手順の指針、ならびに供給事業者または規制機関による業界資料を参照。