Kočnice na željezničkim vozilima imaju prvorazrednu sigurnosnu ulogu, što postavlja najviše zahtjeve na njihovu konstrukciju i pouzdanost. One moraju omogućiti sigurno, brzo i učinkovito kočenje vozila bez obzira na opterećenje vozila te veličinu nagiba i stanje pruge. Moraju spriječiti i samostalno i nepoželjno pokretanje vozila zaustavljenog na pruzi s nagibom. Specifičnosti željezničkih vozila i vlaka sastavljenog od niza željezničkih vozila, koji može poprimiti velike dužine, dovele su do odgovarajućih konstrukcija kočnica.

POGONSKE KOČNICE

Pogonske kočnice ostvaruju silu kočenja koristeći pogonske strojeve vučnih vozila u odgovarajućem režimu rada. Koči se samo pogonskim osovinama vučnih vozila, a sila kočenja se prenosi na ostala vozila u vlaku preko odbojnih i vlačnih uređaja.
Pogonske kočnice se smatraju dopunskim kočnicama u odnosu na osovinske kao glavne. One omogućuju reguliranje brzine vlaka i održavanje brzine na duljim padovima. Pritom se smanjuje trošenje kočnih elemenata osovinskih kočnica te njihovo pregrijavanje. Mogu se uključiti neovisno u odnosu na osovinske kočnice.
Pogonske kočnice mogu biti izvedene kao: protutlačne, elektrodinamičke, hidro-dinamičke i motorne.

Protutlačne kočnice

Protutlačne ili parne kočnice primjenjivale su se na parnim lokomotivama. Kočenje se ostvaruje postavljanjem razvodnika vodene pare za suprotni smjer kretanja i uz zatvoreni regulator, tako da stapni parni stroj radi kao kompresor. Pri kočenju se kinetička energija vlaka pretvara u mehanički rad za kompresiju pare u stapnom parnom stroju lokomotive.

Elektrodinamičke kočnice

Elektrodinamičke kočnice primjenjuju se na električnim i dizelsko-električnim vučnim vozilima. Kočenje tim kočnicama podrazumijeva prespajanje vučnih elektro­motora u generatorski rad. Kinetička energija vlaka za vrijeme kočenja pretvara se u električnu energiju. Proizvedena električna energija može se pretvarati u toplinu na posebnim otpornicima (otporničke kočnice) ili se može vraćati u kontaktnu mrežu (kočnice s povratom energije ili s rekuperacijom energije).
Kočnice s povratom energije u kontaktnu mrežu složenije su i skuplje, ali omogućuju znatne uštede energije, čak 10 + 20 % od ukupne električne energije potrebne za vuču. Te su kočnice naročito pogodne za vožnju niz duge padove i za regulaciju brzine tijekom vožnje. Elektrodinamičke kočnice redovito se koriste i na elektro­motornim vlakovima za promet na prugama s kratkim medustaničnim razmacima, gdje su potrebna česta i snažna kočenja. Obje izvedbe kočnice mogu se dopunjavati, tako da u početku kočenja pri većim naponima radi kao kočnica s povratom energije u kontaktnu mrežu, a kasnije pri nižim naponima kao otpornička kočnica.
Sa smanjenjem brzine vožnje opada sila kočenja elektrodinamičke kočnice tako da se s tom kočnicom vlak ne može potpuno zaustaviti. Zbog tog nedostatka, pri zaustavljanju vlaka redovito se koristi zračna kočnica.
Dopunjavanje elektrodinamičke i zračne kočnice uglavnom je automatizirano prema režimu vožnje tako da strojovođa o tome ne mora voditi posebnu brigu.

Hidrodinamičke kočnice

Hidrodinamičke kočnice primjenjuju se na dizelskim vučnim vozilima s hidrodinamičkim prijenosnicima snage. Jedno rješenje može biti s posebnom hidrodinamičkom spojkom kada je jedno kolo spojke vezano za kućište i nepomično je, a drugo kolo je vezano za gonjeno vratilo. Prikladnim punjenjem te spojke uljem regulira se sila kočenja. Pritom se kinetička energija kretanja vlaka pretvara u toplinu ulja. Silu kočenja preuzima kućište hidrodinamickog mjenjača
.
Drugo rješenje predstavljaju hidrodinamički mjenjači koji imaju posebne hidrodinamičke pretvarače za svaki smjer kretanja. Oni omogućuju kočenje punjenjem uljem hidrodinamickog pretvarača za suprotni smjer kretanja, a sila kočenja regulira se količinom ulja. Silu kočenja preuzima vodeće kolo vezano za kućište, a energija kočenja pretvara se u toplinu ulja.
Da se pri kočenju hidrodinamičkom kočnicom ulje ne bi pregrijalo, ograničuje se sila kočenja, a ulje se hladi u rashladnom uređaju.
Hidrodinamičke kočnice su pogodne za reguliranje brzine vlaka tijekom vožnje i za kočenje na dužim padovima, čime se smanjuje upotreba zračnih kočnica.

Motorne kočnice

Motorne kočnice podrazumijevaju kočenje Dieselovim motorom na dizelskim vučnim vozilima s mehaničkim prijenosnikom snage. Dieselov motor pruža otpor ako mu se pogonom izvana želi povećati brzina vrtnje u odnosu na režim koji diktira količina ubrizganoga goriva. Postavljanjem mjenjača u stupanj prijenosa koji odgovara trenutačnoj brzini vožnje i svođenjem rada motora na prazni hod ostvaruje se kočenje motorom. Veći učinak kočenja motorom postiže se isključivanjem dovoda goriva i svođenjem rada motora na kompresorski rad.

Kočenje motorom može biti učinkovitije ugradnjom uređaja motorne kočnice u ispušne kanale motora. Motorna kočnica sa zaklopkom ispuha ima u ispušnom kanalu ugrađenu zaklopku koja se pri kočenju motorom zatvori. Pritom se povećava tlak u ispušnom kanalu, otežava izmjena radnog medija u cilindru i smanjuje brzina vrtnje motora. To predstavlja kočenje motorom s obzirom na to da vozilo svojim kretanjem nameće veću brzinu vrtnje motora za što je potrebna povećana snaga kočenja. Ta se kočnica često naziva i prigušna zaklopka ispuha ili samo prigušna zaklopka.
Moguća je i izvedba motorne kočnice s konstantnim prigušivačem što se ostvaru­je dodatnim ventilom u glavi motora na ispušnom kanalu. Otvaranjem tog ventila za vrijeme kočenja motorom ne stvara se odgovarajuća energija ekspanzije, a to znatno povećava otpor vrtnje motora s većom brzinom, odnosno povećava učinkovitost kočenja motorom. Učinak motorne kočnice s konstantnim prigušivačem veći je nego one sa zaklopkom  ispuha.

OSOVINSKE KOČNICE

Osovinske kočnice djeluju na sve osovine vozila na koje su ugrađene. Prema izvedbi mehanizma za realizaciju kočne sile osovinske kočnice mogu biti čeljusne i disk kočnice, a prema mjestu aktiviranja i djelovanja osovinske kočnice se dijele na ručne i produžne kočnice.

Čeljusne kočnice

Čeljusne kočnice podrazumijevaju čeljusti (papuče) koje se odgovarajućim mehanizmom kočnica pri kočenju pritiskuju na obod kotača. Primjenjuju se na lokomotivama i teretnim vagonima te na starijim putničkim vagonima za manje brzine vožnje
Sila na čeljusti (5) prenosi se od kočnog cilindra (1) preko kočnog polužja (3). Umeci kočnih čeljusti su najčešće od lijevanog željeza i tijekom eksploatacije se troše. Kada se umeci istroše na debljinu oko 10 mm, potrebno ih je zamijeniti. Moje na vozila ugrađena i ručna kočnica, onda se na čeljusti tog vozila može ostvariti sila ručicom ručne kočnice (6).
U otkočenom stanju između kočnih umetaka čeljusti i kotača mora biti zazor u granicama (5) +10 mm. Veći zazori izazvali bi duže hodove klipa u kočnom cilindru, kasniji početak kočenja i smanjenu silu čeljusti zbog pada tlaka u kočnom cilindru. Manji zazori dovodili bi do povremenih dodirivanja čeljusti s kotačima i nepotrebnog trenja i trošenja umetaka. Navedeni zazor treba se prema tome održavati konstant­nim bez obzira na stupanj istrošenja kočnih umetaka. Ulogu automatskog podešavanja tog zazora ima regulator kočnog polužja (4).

Shema čeljusne kočnice

Vagonima kojima se ukupna težina znatno mijenja s obzirom na to jesu li prazni ili natovareni, kao što su teretni, prtljažni i poštanski vagoni, u kočno polužje ugrađuje se mjenjač sile kočenja (2). On omogućuje promjenu prijenosnog odnosa kočnog polužja čime se mijenja sila Čeljusti, odnosno kočna sila. Mjenjač ima dva položaja; “prazno” i “tovareno”. Ovisno o ukupnoj masi vozila, prebacivanje iz jednog u drugi položaj može biti izvedeno ručno ili automatski s pomoću odgovarajućega pneumatskog uređaja. Položaj mjenjača ovisi o tzv. prekretnoj masi. Prekretna masa je određena za svaki vagon, a na ručnim mjenjačima je ispisana u tonama ispod ručice mjenjača. Kada je bruto masa vagona manja od prekretne mase, ručicu mjenjača treba postaviti u položaj “prazno”, a kada je bruto masa vagona veća od prekretne mase, ručicu mjenjača treba postaviti u položaj “tovareno*. Položaj “prazno” odgovara lijevom položaju, a položaj “tovareno” desnom položaju ručice mjenjača. Za svaki položaj ručice na tablici mjenjača ispisana je pripadajuća kočna masa.
Automatski mjenjač sile kočenja eliminira brigu o natovarenosti vagona i položaju mjenjača. On automatski prebacuju mjenjač sile kočenja pri dostizanju prekretne mase u istom smislu kao s ručnim mjenjačem. U tu svrhu ugrađuje se u okretno postolje mjerni ventil. Pri prekoračenju prekretne mase on propušta stlačeni zrak iz pomoćnog spremnika u mjenjač sile kočenja, a kada je bruto masa vagona manja od prekretne mase, mjerni ventil ne propušta zrak. Mjenjač sile kočenja ima pneumatski dio koji dolaskom stlačenog zraka prebacuje mjenjač u položaj “tovareno”, a kada se prekine dovod stlačenog zraka i spoji s atmosferom, mjenjač automatski prebacuje u položaj “prazno”.
Mjenjači sile kočenja s dva stupnja promjene sile kočenja ne daju najpovoljnije sile za cijeli raspon mogućih opterećenja vagona, Taj nedostatak eliminira se primjenom kontinuiranog automatskog mjenjača sile kočenja. On može biti izveden s kontinuiranom promjenom prijenosnog odnosa kočnog polužja ili s kontinuiranom promjenom tlaka zraka u kočnim cilindrima.
Čeljusne kočnice koje djeluju na obod kotača nazivaju se i čeljusne kočnice kotača budući da čeljusne kočnice mogu biti izvedene i kao čeljusne kočnice bubnja. U tom slučaju čeljusti (1) djeluju na posebni bubanj (2) učvršćen na kotač (3). Moguća su rješenja s djelovanjem čeljusti s unutarnje strane bubnja ili s vanjske strane bubnja.
Čeljusne kočnice bubnja lakše su od čeljusnih kočnica kotača. Obloge čeljusti su od umjetnog materijala, što omogućuje stvaranje velikih kočnih sila. Stoga su pogodne za ugradnju u motorne vlakove. Međutim, čeljusti tih kočnica gotovo u cijelosti prekrivaju bubanj, što otežava njegovo hlađenje. To dovodi do toplinskog preopterećenja bubnja, deformacija, pa čak i do pucanja. Zbog tih nedostataka čeljusne kočnice bubnja više se ne ugrađuju na željeznička vozila.

Čeljusne kočnice bubnja s čeljustima s unutarnje i vanjske strane bubnja

Disk kočnice

Disk kočnica

U disk kočnica sila kočenja se stvara između diskova (4) i kočnih obloga (3). Diskovi su učvršćeni na osovinu (5) kolnog sloga, tako da se stvorena sila kočenja prenosi preko osovine na kotače (6). Sila pritiskanja čeljusti na diskove stvara se u kočnom cilindru (1), a prenosi se preko kočnog polužja (2).
Na jednu osovinu najčešće se ugrađuju po dva diska. Između bočnih glatkih površina diskovi imaju izvedena rebra za učinkovitije hlađenje. Na željezničkim vozilima za velike brzine mogu na jednu osovinu biti ugrađena tri ili četiri diska da bi se stvorila potrebna sila kočenja.
Izrađuju se od specijalnoga perlitnoga lijevanog željeza s čeličnom glavčinom kojom se navlače na osovinu, kočne obloge se izrađuju od umjetnog materijala otpornog na visoke temperature. One imaju znatno veći koeficijent trenja koji se vrlo malo mijenja s brzinom vožnje, a u odnosu na čeljusti od lijevanog željeza u čeljusnih kočnica.
Disk kočnice se najčešće primjenjuju na putničkim vagonima za brzine veće od 120 km/h i na motornim vlakovima. Moguća je izvedba s jednim kočnim cilindrom za dva diska ili sa zasebnim kočnim cilindrom za svaki disk.
Na vučnim vozilima, kojima su vučni elektromotori smješteni uz pogonske osovine, nema mjesta za diskove koji bi se učvrstili na te osovine. U takvim slučajevima ako se želi ugraditi disk kočnica, diskovi se mogu učvrstiti na bočne strane kotača,
Zazor između diska i obloga u otkočenom stanju iznosi svega 1 + 2 mm budući da vertikalno pomicanje vozila ne utječe na veličinu tog zazora. Zazor se automatski podešava tijekom eksploatacije pomoću regulatora kočnog polužja ugrađenog u kočni cilindar. Najmanja dopuštena debljina obloga nakon istrošenja iznosi 5 mm, kada se moraju zamijeniti.

Disk kočnice imaju znatne prednosti u odnosu na čeljusne kočnice. To su:
– velika sila kočenja
– praktično konstantan koeficijent trenja u ovisnosti o brzini vožnje
– kočenje je bešumno
– ne troše se i ne oštećuju kotači

Osnovni nedostatak disk kočnica je veća cijena koja proizlazi iz ugradnje diskova i protukliznog uređaja. Protuklizni uređaj potreban je za sprječavanje blokiranja kotača do kojega može doći pri određenim uvjetima opterećenja i stanja dodirnih površina između kotača i tračnica. Blokiranje kotača je nepoželjno zbog smanjenja sile kočenja i stvaranja plosnatih mjesta na kotačima zbog trošenja. Smanjena sila kočenja pri blokiranim kotačima znatno produžuje zaustavni put i narušava sigurnost prometa, a stvorena plosnata mjesta na kotačima dovode do lupanja kotača po tračnicama pri njihovu ponovnom kotrljanju, što povećava dinamičko opterećenje voznog stroja i gornjeg ustroja pruge, a znatno povećava i buku.
Koeficijent adhezije između kotača i tračnica na vozilima s disk kočnicama nešto je manji nego na vozilima s čeljusnim kočnicama. To proizlazi iz toga što u disk kočnica nema čeljusti koje bi trošile obod kotača i činile ga hrapavim, već obod kotača kotrljanjem po tračnicama postaje gladak. To rezultira manjom silom adhezije između kotača i tračnica pa odgovarajući tome treba biti prilagođena i sila kočenja.

Ručne kočnice

Ručna kočnica je kočnica pojedinačnog djelovanja, tj. ona djeluje samo na ono vozilo na koje je ugrađena. Može biti izvedena s vretenom, lancem ili čeličnim uzetom. Ako je pristup ručici, odnosno kolu kočnice s platforme vozila, onda se ta kočnica naziva ručna kočnica, a ako je taj pristup s tla, onda je topritvrdna kočnica. Kočne mase tih kočnica na vućenim vozilima ispisuju se na vozilu.
Ručna kočnica na vučnim vozilima smatra se pritvrdnom kočnicom. Ona se koristi za osiguranje vučnog vozila od samopokretanja.
Postoji i polužna ili manevarska kočnica kojom se koči samo pojedinačno vozilo fizičkom snagom radnika. Može se koristiti s obje strane vozila samo s tla za vrijeme mirovanja ili pri vrlo malim brzinama, do 5 km/h. Za te kočnice ne ispisuje se kočna masa na vozilu.

Produžne kočnice

Produžne kočnice su kočnice koje se aktiviraju na jednom mjestu u vlaku ili na jednom vozilu, a njihovo djelovanje se produžuje i na ostala vozila u vlaku s uključenim kočnicama. Produžne kočnice mogu biti izvedene kao zračne i užadne.
Užadne kočnice se aktiviraju povlačenjem čeličnog užeta provedenog uzduž cijeloga vlaka. Njihova snaga je relativno mala, pa se mogu naći u upotrebi samo na uskotračnim željeznicama, gdje su vozila lakša i brzine vožnje male. S obzirom na to da su uskotračne željeznice praktično napuštene, to se i užadne kočnice više ne primjenjuju.
Zračne kočnice mogu biti izvedene sa stlačenim zrakom i razrijeđenim zrakom (vakuum kočnice).
Kočnice s razrijeđenim zrakom ili vakuum kočnice djeluju stvarajući podtlak u kočnim cilindrima. Budući da podtlak može biti najviše jednak atmosferskom tlaku (oko 1 bar), za ostvarivanje dovoljno velikih sila čeljusti moraju promjeri kočnih cilindara i hodovi klipova biti veliki. To čini konstrukciju masivnom i skupom. Stoga se te kočnice ugrađuju vrlo rijetko. Nalazi ih se na Britanskim Željeznicama i često na uskotračnim željeznicama.
Kočnice sa stlačenim zrakom mogu razvijati veće sile kočenja pri manjim dimenzijama cilindara i kočnog polužja. Stoga se te kočnice koriste gotovo na svim željeznicama.