鉄道のブレーキ
この仕組みでは、ブレーキ管が破損して管内が大気圧に戻ると自動的にブレーキが作動するフェイルセーフな構成となっている。真空タンク自体が破損した場合でも、編成中に複数の車両がつながっている場合は全ての車両のタンクが同時に破損することはまずないため、他の車両のブレーキで停車することができる。
真空ブレーキの欠点としては、大気圧と真空の気圧差は最大でも1気圧しか得られないことで、後述する空気ブレーキでは空気圧を上げることによってより大きな制動力が得られるのに対して、真空ブレーキでは限度がある。このため必要な制動力を得るために、真空タンクやブレーキシリンダーが大きくなるという問題があった。また、気圧が低い高地にある鉄道ではさらにこの問題は深刻である。
空気ブレーキが発明されたアメリカ合衆国では、空気ブレーキが速やかに普及していったのに対して、イギリスの鉄道では真空ブレーキが長く用いられ続けていた。また現代においてもインド、スリランカ、南アフリカなどでは真空ブレーキが主力として用いられ続けている。しかしこうした国でも真空ブレーキの空気ブレーキへの変更が進められている。
駅や操車場において、過走したり速度超過したりした車両を外部から停止させるために用いられる器具として、カーキャッチャー、あるいはヘムシューと呼ばれるものがある。これはレールにあらかじめ設置しておき、走行してきた車両の車輪がこれに乗り上げて引っかかり、車両に引きずられる形でカーキャッチャーがレール上を滑りながら、カーキャッチャーとレールの間の摩擦により制動力を得るものである。主に非常用の緊急停止装置として用いられる。
イギリスでは緩急車のことをブレーキバン (brake van) と称していたが、貨物列車においてはワゴンブレーキ (wagon brake) という装置が取り付けられた通常の貨車が連結されていることが普通で、制動手は雨風をしのぐ屋根のない車両に乗り込んでこうしたブレーキを取り扱っていた。なお、当初英語ではブレーキ装置のことを"break"とつづっていたが、やがて現在のように"brake"というつづりが用いられるようになった。
こうした人力のブレーキ装置のみでは制動力が不足し、最初の実用的な蒸気鉄道であるリバプール・アンド・マンチェスター鉄道の開業からわずか3年後の1833年に、ジョージ・スチーブンソンが蒸気機関車の蒸気圧を利用した蒸気ブレーキを発明した。しかし蒸気ブレーキの性質上機関車のみに取り付けられ、編成中の緩急車は相変わらず人力であった。この頃の貨物列車は30 マイル毎時 (48 km/h) で走行している時にブレーキを掛けて、完全に停車するためにおよそ800 メートルほど掛かっていた。
磁気浮上式鉄道や鉄輪式リニアモーターカーにおいて、推進用のリニアモーターにリニア誘導モータ (LIM) を使用しているものでは、地上にリアクションプレートと呼ばれる導体板を配置して、これと車体搭載の装置との相互作用によって推進力を得ている。この方式では、制動力を得る際にもリアクションプレートとの相互作用により回生ブレーキを使用することができる。回生したエネルギーを使ってくれる他の車両がいなければ失効する点では通常の回生ブレーキと同じであるが、車輪とレールの粘着力によらず直接リアクションプレートとの間で制動力が得られるという点が異なっている。
自動空気ブレーキでは、空気をブレーキ管から抜いて圧力を下げることによってブレーキ力を得る。ブレーキ弁を操作して必要なだけの制動力を得た後は、ブレーキ管の圧力はそのままの状態を保つ。しかし長く続く下り勾配を行く場合、速度を一定にするために所要となる制動力を得た後、勾配を下っている間にブレーキ管を繋ぐ部分などから次第に空気が漏れて、所望の圧力より下がってしまうということが起きる。ブレーキ管の圧力がさらに下がることは、制動力がさらに強くなる方向に働き、列車はどんどん減速してしまうことになる。一方で、制動力を緩めるためにブレーキ管の圧力を上げようとすると、制動力が弱くなりすぎて勾配を暴走してしまう危険な結果をもたらしかねない。これをうまく制御するために、ちょうど空気が漏れていく量だけ空気を補充する操作をしなければならない。この操作のことを補給制動という。
また自動空気ブレーキでは、各車両の空気だめに圧縮空気が貯められていて、これが制動力の元になっている。空気だめに十分な圧縮空気が無いとブレーキが効かなくなり、危険な状態となる。これを込め不足という。込め不足を防ぐためには、ブレーキを使用して停車した後はよくブレーキ管の圧力を確認して、十分圧力が上昇してから列車を動かさなければならない。