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1、磁懸浮列車技術(shù) 磁懸浮列車技術(shù)蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院 蘇州科技學(xué)院天平學(xué)院 陳耀 陳耀 1330117102【摘要】 【摘要】:磁懸浮列車是一種靠磁懸浮力(即磁的吸力和排斥力)來推動的列車。由于其軌道的磁力使之懸浮在空中,行走時不需接觸地面,因此其阻力只有空氣的阻力。磁懸浮技術(shù)的研究源于德國,早在 1922 年德國工程師赫爾曼·肯佩爾就提出了電磁懸浮原理,并于 1934 年申請了磁懸浮列車的專利。1970 年代以后,隨著世界工業(yè)
2、化國家經(jīng)濟(jì)實力的不斷加強(qiáng),為提高交通運(yùn)輸能力以適應(yīng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,德國、日本等發(fā)達(dá)國家相繼開始籌劃進(jìn)行磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)。磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。不同于傳統(tǒng)列車?yán)密囕喤c鋼軌之間的粘著力使列車前進(jìn)。磁懸浮列車運(yùn)行時與軌道保持 10mm 或者 100mm 的間隙,從根本上克服了傳統(tǒng)列車輪軌黏著限制、機(jī)械噪聲和磨損等問題,是一種新型的運(yùn)載工具,其時速遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳動列車?!娟P(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞】:
3、懸浮、推進(jìn)、導(dǎo)向、創(chuàng)新【正文 正文】一、工作原理 一、工作原理磁懸浮列車?yán)秒姶朋w“同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引”的原理,讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力,使車體完全脫離軌道,懸浮在距離軌道約 1 厘米處,騰空行駛,創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成,盡管可以使用與磁力無關(guān)的推進(jìn)系統(tǒng),但在目前的絕大部分設(shè)計中,這三部分的功能均由磁力來完成。下面分別對這三分所采用的技術(shù)進(jìn)行介紹。
4、 導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)是一種測向力來保證懸浮的機(jī)車能夠沿著導(dǎo)軌的方向運(yùn)動。必要的推力與懸浮力相類似,也可以分為引力和斥力。在機(jī)車底板上的同一塊電磁鐵可以同時為導(dǎo)向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動力,也可以采用獨(dú)立的導(dǎo)向系統(tǒng)電磁鐵。懸浮系統(tǒng)目前懸浮系統(tǒng)的設(shè)計,可以分為兩個方向,分別是德國所采用的常導(dǎo)型和日本所采用的超導(dǎo)型。從懸浮技術(shù)上講就是電磁懸浮系統(tǒng)(EMS)和
5、電力懸浮系統(tǒng)(EDS) 。圖 4 給出了兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差別。 (EMS)是一種吸力懸浮系統(tǒng),是結(jié)合在機(jī)車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互排斥產(chǎn)生懸浮。常導(dǎo)磁懸浮列車工作時,首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁排斥力,與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢:第一,它克服了傳統(tǒng)輪軌鐵路提高速度的主要障礙,發(fā)展前景廣闊。第二,磁懸浮列車速度高,常導(dǎo)磁懸浮可達(dá)到 400~500km/
6、h,超導(dǎo)磁懸浮可達(dá)到500~600km/h。第三,磁懸浮列車能耗低,據(jù)日本研究與實際試驗的結(jié)果,在同為 500km 時速下,磁懸浮列車每作為公立的能耗僅為飛機(jī)的 1/3。據(jù)德國試驗,當(dāng) TR 磁懸浮列車時速道道 400km 時,其每座位公里能耗與時速 300km 的高速輪軌列車持平;而當(dāng)磁懸浮列車時速也降到 300km 時,它的每座位公里能耗可比輪軌鐵路低 33%。盡管磁懸浮列車技術(shù)上有上述的許多優(yōu)點(diǎn),但仍然存在一些不足:1、由于磁懸浮
7、系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動功能的,斷電后磁懸浮的安全保障措施,尤其是列車停電后的制動問題仍然是要解決的重要問題。其高速穩(wěn)定性和可靠性還需要很長時間的運(yùn)行考驗。2、常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度較低,因此對線路的平整度、路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)技術(shù)更高。3、超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)技術(shù)更大,對冷卻系統(tǒng)的要求高,強(qiáng)磁場對人體與環(huán)境都有影響。此外還有工程上的問題。首先,磁懸浮鐵路的造價十分昂貴,每公里造價約需 3
8、~4 億人民幣。其次,磁懸浮鐵路無法利用已有的鐵路,必須全部重新建設(shè)。由于磁懸浮列車與常規(guī)鐵路在原理、技術(shù)等方面完全不同,因此難以在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行利用和常規(guī)改造。三、 三、磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用 磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用磁懸浮技術(shù)主要應(yīng)用在運(yùn)載技術(shù)上,它不僅能夠用于地面運(yùn)載,也可以用于海上運(yùn)載,還能用于垂直發(fā)射,如美國就在實現(xiàn)用磁懸浮技術(shù)發(fā)射火箭。磁懸浮在直線驅(qū)動、低溫超導(dǎo)、電力電子、計算機(jī)控制與信息技術(shù)、醫(yī)療等多個領(lǐng)域都有極重要的價值。概括地
9、說,它既是一種能帶動眾多高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)科學(xué),又是一種具有極廣泛前景的應(yīng)用技術(shù)。四、 四、創(chuàng)新要點(diǎn) 創(chuàng)新要點(diǎn)傳統(tǒng)列車是利用車輪與鋼軌之間的粘著力使列車前進(jìn)的,它的粘著系數(shù)隨著列車的速度增加而減少,走行阻力隨列車速度的增加而增加,當(dāng)車速增至粘著系數(shù)曲線和走形阻力曲線的交點(diǎn)時就達(dá)到了極限。磁懸浮列車采用了無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng),減少了噪音、振動、車輪和鋼軌的磨損,故能達(dá)到更加高更加穩(wěn)定的運(yùn)行速度。磁懸浮列車的懸浮系統(tǒng),驅(qū)動系統(tǒng)和
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