新能源與磁懸浮在未來交通中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　文中闡述了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世屬目的成就，但是大氣污染嚴(yán)重影響了我們的正常生活；能源有效利用率低及能源短缺嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我們必須開發(fā)出新能源和能耗低的交通工具。在這些客觀條件下，氫能源和磁懸浮列車誕生了，氫能源具有清潔、高效、儲(chǔ)量大的優(yōu)點(diǎn)；而磁懸浮列車兼有飛機(jī)和火車的優(yōu)點(diǎn)，而且能耗極低，而更具前景的則是它的升

2、級(jí)版—真空磁懸浮列車。</p><p>　　在開發(fā)新能源方面，氫能源的制取和應(yīng)用技術(shù)日益成熟，如此發(fā)展下去，21世紀(jì)將注定是以氫能源取代以碳為主要能源的時(shí)代。雖然氫能源有較多優(yōu)點(diǎn)，但是氫能源不方便運(yùn)輸，更重要的是直接作為內(nèi)燃機(jī)燃料的效率只有38%。我們只有將氫能源轉(zhuǎn)化為電能，這樣才能大大提高能源利用率，降低能耗。電能堪稱是新能源和磁懸浮中間的橋梁，開發(fā)新能源、新能源的轉(zhuǎn)化和磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用在未來交通運(yùn)輸中相當(dāng)重要

3、。磁懸浮列車能源利用率極高。并且它采用電力驅(qū)動(dòng)，其發(fā)展不受能源結(jié)構(gòu)，特別是燃油供應(yīng)的限制，不排放有害氣體，它具有快速、低耗、安全、經(jīng)濟(jì)、無污染等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展磁懸浮列車勢在必行。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 能源供應(yīng)； 可持續(xù)發(fā)展； 氫能源； 磁懸浮列車； 真空管道運(yùn)輸</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　

4、The paper indicates that China has achieved outstanding progress in its economy, but the air pollution seriously affects our normal life; Low energy effective utilization and energy shortages seriously restricts the sust

5、ainable development of the economy. We have to develop new energy and low energy consumption of transportation. Under these objective conditions, hydrogen energy and maglev train was born.Hydrogen energy has the advantag

6、es of cleanness,high efficiency and large reserve ; maglev t</p><p>　　In the development of new energy, making and application of hydrogen energy technology matures, so, the 21st century is destined to repla

7、ce hydrogen with carbon as the main energy era. Although hydrogen energy has more advantages, but hydrogen is not easy to transport and directly as an internal combustion engine fuel efficiency is only 38%. We should hav

8、e hydrogen energy into electrical energy, so as to greatly improve energy efficiency and reduce energy consumption. Electricity is the middle b</p><p>　　key words: Energy supply; sustainable development; H

9、ydrogen energy; Maglev train； The vacuum pipeline transport</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課題研究背景和意義1</p><p>　　2 發(fā)展新能源的必要性2</p><p>　　2.1 改善環(huán)境的迫切性2<

10、;/p><p>　　2.2 現(xiàn)有三大能源短缺性嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展3</p><p>　　3 新能源在交通發(fā)展中應(yīng)用3</p><p>　　3.1 新能源分類3</p><p>　　3.2 氫能源自然界儲(chǔ)量十分豐富3</p><p>　　3.3 氫能源作為主要內(nèi)燃機(jī)燃料4</p><p&g

11、t;　　3.4 氫燃料汽車的應(yīng)用發(fā)展4</p><p>　　4 提高能源利用率5</p><p><b>　　5 磁懸浮列車6</b></p><p>　　5.1 世界第一條商業(yè)性運(yùn)營線9</p><p>　　5.2 磁懸浮列車的原理9</p><p>　　5.2.1 懸浮與推進(jìn)原理1

12、0</p><p>　　5.2.2 導(dǎo)向原理12</p><p>　　5.3 新型磁懸浮列車原理與設(shè)計(jì)12</p><p>　　5.3.1該新型的磁懸浮列車的優(yōu)勢17</p><p>　　5.3.2該新型的磁懸浮列車的道岔18</p><p>　　5.4 磁懸浮列車模型舉例計(jì)算20</p>&l

13、t;p>　　5.5 磁懸浮發(fā)展優(yōu)勢21</p><p>　　5.5.1 我國具備發(fā)展磁懸浮列車的需求22</p><p>　　5.5.2 常規(guī)列車受力分析24</p><p>　　5.6 磁懸浮鐵路的發(fā)展趨勢26</p><p>　　5.6.1真空管道磁懸浮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)26</p><p>　　5.6.2

14、真空管道磁懸浮技術(shù)的意義27</p><p><b>　　6 結(jié)語29</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p>　　1 課題研究背景和意義</p><p>　　人

15、類創(chuàng)造了文明，也創(chuàng)造了汽車。汽車的誕生使人類逐步步入現(xiàn)代化的文明進(jìn)程。120余年的汽車發(fā)展史在人類歷史長河僅是一瞬間，但汽車的誕生和發(fā)展卻給人類社會(huì)帶來了巨大而深刻的變化。汽車以其驚人的數(shù)量、卓越的性能和廣泛的用途滲透到人類活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域，成為21世紀(jì)現(xiàn)代文明的主要標(biāo)志，人類不可缺少的生存和發(fā)展趨勢的伙伴。汽車是工業(yè)革命中最有影響、最具代表性的機(jī)械，因而自從汽車誕生以來，他一直領(lǐng)導(dǎo)著工業(yè)產(chǎn)品的新潮流；代表不同時(shí)期人類對美的追求，在一定程

16、度上反映出該時(shí)代文化科學(xué)技術(shù)水平。自1978年改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)一直保持快速發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)從1978年的3645.2億元增加到2012年的519322億元 按照可比價(jià)格比算，年平均增長率達(dá)到9.3%。經(jīng)濟(jì)的繁榮刺激著交通的發(fā)展，特別是道路交通的發(fā)展。中國機(jī)動(dòng)車保有量的增加速度大大高于GDP發(fā)展速度，（2012年上半年全國機(jī)動(dòng)車總保有量達(dá)2.33億輛，其中汽車1.14億輛，摩托車1.03億輛。中國成為僅次于美國的世界第二

17、大汽車王國）因而對汽、柴油的需求增長也特別快。能源短缺使未來交通走向新能源、低能耗。開發(fā)新能源和提高能源有效利用率是未</p><p>　　21世紀(jì)人類面臨交通的最大困境就有四個(gè)方面：地面擁堵，能源的依賴，環(huán)境破壞，面對自然不可抗拒因素和人為因素的安全問題。其中對石油的依賴問題已經(jīng)日趨嚴(yán)重，與此同時(shí)，美國能源部預(yù)測：石油受其儲(chǔ)量的影響其價(jià)格在穩(wěn)定15年之后會(huì)出現(xiàn)大幅上漲，出現(xiàn)供給萎縮，而依賴石油的航空領(lǐng)域會(huì)遭受噩

18、夢般的打擊。各種依賴石油作為能源動(dòng)力的運(yùn)輸工具將會(huì)阻礙社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。因此，有前瞻性的開發(fā)能替代石油的新能源和不過分依賴石油的交通運(yùn)輸方式迫在眉睫。雖然當(dāng)今世界己經(jīng)進(jìn)入了全球化時(shí)代，但是我們的交通運(yùn)輸方式卻難以適應(yīng)全球化的需求。今天的跨國交通仍與上個(gè)世紀(jì)相差不大；就是在國內(nèi)兩個(gè)中心城市之間的旅行也不輕松，坐火車要十幾個(gè)小時(shí)，坐飛機(jī)算上機(jī)場巴士和安檢的時(shí)間也得耗上半天。雖然城市軌道交通能在一定程度上緩解客流運(yùn)輸?shù)膿頂D，但是它并不是解決問

19、題的良醫(yī)妙藥，不能在根本上解決全球經(jīng)濟(jì)化給我們帶來的交通運(yùn)輸瓶頸。城市地鐵造價(jià)昂貴，換乘不便，并且由于運(yùn)行速度偏低而導(dǎo)致人均使用能源不經(jīng)濟(jì)，但它還給環(huán)境和噪聲污染帶來不少壓力。現(xiàn)代物流在通訊技術(shù)上已經(jīng)很現(xiàn)代化了，在網(wǎng)上下訂單幾分鐘就可以搞定，但是一個(gè)集裝箱的貨物從中國原產(chǎn)地運(yùn)到美國消</p><p>　　管道化運(yùn)輸是一個(gè)有前景的方向，一方面可以提高物流配送效率，另一方面減少地面交通擁擠壓力和對環(huán)境的污染。但管道中

20、的運(yùn)行車體如果采用傳統(tǒng)的輪軌車輛模式，則貨物運(yùn)輸速度不會(huì)有很大提高。</p><p>　　真空管道磁懸浮列車系統(tǒng)就是一種未來可以依賴的交通運(yùn)輸方式。它能解決由于我們?nèi)祟愡^于依賴不可再生能源所要面臨的能源枯竭問題，且能讓我們的交通運(yùn)輸方式有質(zhì)的變化。與傳統(tǒng)交通方式相比，該系統(tǒng)有以下幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：①運(yùn)營速度可以比飛機(jī)還要快捷②比鐵路運(yùn)輸還要安全可靠；③可以像公共汽車一樣高頻率的發(fā)車，乘客可以不必在忍受晚點(diǎn)之痛，更不需

21、要忍受取消預(yù)訂的車次之苦④比火車更舒適，廉價(jià)⑤該技術(shù)不受地理位置，天氣影響，可以適用在地球各個(gè)角落。因此發(fā)展真空管道磁懸浮列車勢在必行。</p><p>　　2 發(fā)展新能源的必要性</p><p>　　2.1 改善環(huán)境的迫切性</p><p>　　環(huán)境是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的重大課題，這是因?yàn)榄h(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，如果人類的生存環(huán)境遭到破壞，將嚴(yán)重阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)

22、的發(fā)展和威脅人類的健康與生存。在諸多的環(huán)境問題中，大氣污染是一個(gè)十分嚴(yán)重的問題。大氣是人類生存不可缺少的最基本條件，但由于人類活動(dòng)和自然過程引起的某些物質(zhì)介入到大氣中，使大氣中固有的正常成分中增加了新的有害成分，一旦積累到足夠的濃度，達(dá)到足夠的時(shí)間，就會(huì)對人類活動(dòng)、動(dòng)植物以及環(huán)境造成危害。大氣污染之所以發(fā)展成一個(gè)問題，首先是由于人類對能源的無節(jié)制利用，其次是城市人口的增加。18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命和工業(yè)革命后，工業(yè)用的燃料更多，對大氣的污染更加

23、嚴(yán)重。到了19世紀(jì)，燃煤釋放的煙氣已成為嚴(yán)重污染問題。20世紀(jì)中葉后，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的汽車數(shù)量急劇增加，并在城市高度集中，汽車排放的尾氣已發(fā)展成為城市主要大氣污染問題。由于城市人口的集中使局部大氣中的污染物濃度提高，而且難以稀釋和擴(kuò)散出去，從而使空氣污染問題更為嚴(yán)重。</p><p>　　2.2 現(xiàn)有三大能源短缺性嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展</p><p>　　世界能源主要包括石油、天然氣、煤

24、炭。我國是一個(gè)能源短缺的國家，但卻是一個(gè)能源消耗大國。經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展在很大程度上依賴于能源供應(yīng)。按照當(dāng)前的能源資源開采速度，各種一次能源可供應(yīng)年限，石油8.3年；天然氣24.2年；煤炭42年。汽車工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)就是能源的消耗及尾氣排放對環(huán)境的污染。目前雖有電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車已開發(fā)出來并陸續(xù)上市，但大部分仍在以汽油、柴油為燃料。所以說從未來汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，要想讓汽車擺脫對化石燃料的依賴，研發(fā)以太陽能氫能源為動(dòng)力的汽車已經(jīng)

25、勢在必行了，它也必將得到市場的認(rèn)可。</p><p>　　3 新能源在交通發(fā)展中應(yīng)用</p><p><b>　　3.1 新能源分類</b></p><p>　　一是來自地球外部天體的能源：主要是太陽能（除直接輻射外，還能為風(fēng)能、水能、生物能和礦物能源等的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)）；二是地球本身蘊(yùn)藏的能量：通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)

26、的能源，如原子核能、地?zé)崮艿取厝突鹕奖l(fā)噴出的巖漿就是地?zé)岬谋憩F(xiàn)；三是地球和其他天體相互作用的能量：如潮汐能等；四是氫能源。</p><p>　　3.2 氫能源自然界儲(chǔ)量十分豐富</p><p>　　在自然狀態(tài)下，大氣中只含有微量的氫氣，因此要想利用氫氣必須依靠提取。制取氫氣的資源很多，如煤、石油、天然氣、水等，都可用來制取氫氣。尤其是水，在地球上的儲(chǔ)量極其豐富，更重要的是其可再生和重

27、復(fù)利用。所以氫氣不像煤、石油、天然氣等有較大的自然儲(chǔ)量，但作為長期來源的資源是非常豐富的。這為氫氣的廣泛研究和使用提供了保障。氫的制取方法有水分解制氫；生物制氫(1細(xì)菌制取氫氣如紅螺菌，2用綠藻生產(chǎn)氫氣 3酶制取氫氣)。生物制氫思路1966年提出，1990年后受到空前重視。從1990年開始，德、日、美等一些發(fā)達(dá)國家成立了專門機(jī)構(gòu)，制訂了生物制氫的發(fā)展計(jì)劃，通過對省去制氫技術(shù)的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究，在21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。</p

28、><p>　　3.3 氫能源作為主要內(nèi)燃機(jī)燃料</p><p>　　傳統(tǒng)的小轎車，功率一般在幾十千瓦左右，而太陽輻射功率至多1kW/㎡，目前的光電轉(zhuǎn)換效率小于30%。因此全部用太陽能驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的轎車，需要幾十平方米的接收面積，顯然難以達(dá)到。但在傳統(tǒng)汽車上可以用太陽能作為輔助動(dòng)力，以減少常規(guī)燃料的消耗，而且現(xiàn)代汽車的電器化程度曰益提高，各輔助設(shè)備的耗電量也因此急劇增加。所以未來汽車必以電能、氫燃料

29、為主驅(qū)動(dòng)力，太陽能為汽車輔助設(shè)備的能源，其中電能來自太陽能、風(fēng)能、水能、生物能、礦物能源、地?zé)崮?、潮汐能及原子核能。這就構(gòu)成了太陽能和其他能源混合驅(qū)動(dòng)汽車。氫氣可謂是最清潔最理想的能源，新能源太陽能氫能系統(tǒng)是全世界各國的研究方向。</p><p>　　3.4 氫燃料汽車的應(yīng)用發(fā)展</p><p>　　人類一直在尋找替代汽油的清潔能源，氫被眾多汽車廠家及行業(yè)專家認(rèn)為是最具可行的替代能源之一。

30、氫能汽車是以氫為主要能量的汽車。</p><p>　　氫能汽車分兩類：1氫燃料汽車；2氫燃料電池汽車。</p><p>　　氫燃料汽車不污染環(huán)境，是一種友好的綠色交通工具。缺點(diǎn)是燃燒效率低，大約只有38%，且由于氫燃料熱值高、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤旌椭鸱秶鷮挼龋瑲淙剂习l(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生早燃、回火、敲缸、負(fù)荷高以及氮氧化合物排放偏高等情況。氫燃料電池汽車是利用氫燃料電池發(fā)出的動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)汽

31、車行駛，所以它是一種電動(dòng)汽車。氫燃料電池汽車分三類：1全氫燃料電池，即汽車的動(dòng)力全部來源于氫燃料電池；2氫燃料電池盒其他電池（如太陽能電池板）的混合系統(tǒng) 即太陽能氫能系統(tǒng)；3氫燃料電池與內(nèi)燃機(jī)組成混合動(dòng)力。氫燃料汽車無污染、效率高、噪聲低，且隨著燃料電池制造技術(shù)的提高和成本低的降低，將會(huì)是未來的主要交通工具。 </p><p>　　早在1984年寶馬公司就著手開發(fā)以氫為燃料的氫內(nèi)燃機(jī)，經(jīng)過20多年努力，世界第一輛

32、氫/汽油雙燃料汽車BMW745i Turbo誕生了，它奠定了這一新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。1999年第一家公共液氫加氣站在慕尼黑開始運(yùn)營。2004年 BMW實(shí)驗(yàn)車型H2R賽車在位于法國密拉瑪?shù)腂MW高速試車場創(chuàng)造了9項(xiàng)氫氣內(nèi)燃機(jī)車記錄。最高時(shí)速達(dá)300km/h以上，破百時(shí)間被嚴(yán)格控制在了6s以內(nèi)，并獲得FIA確認(rèn)。2006年，寶馬推出世界第一款氫動(dòng)力豪華轎車——BMW氫能7系，最小轉(zhuǎn)彎直徑12.6m,綜合油耗為汽油13.9L/100km;綜合氫

33、耗，液氫3.6kg/100km;排放達(dá)標(biāo)為EU4;汽油模式續(xù)駛里程為500km;液氫模式續(xù)駛里程200km;總續(xù)駛能力為700km;0~100km/h加速時(shí)間為9.5s;最高車速為230km/h。福特汽車公司成為世界首個(gè)正式生產(chǎn)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車制造商。福特E-450型氫燃料巴士的動(dòng)力裝置于2005年在北美國際汽車展覽會(huì)上首次亮相。在使氫成為切實(shí)可行的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的征程中，氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)邁出了重要的一步。日本的馬自達(dá)公司早在2003年便在東

34、京車展上展出了名為RX-8 Hydro</p><p><b>　　4 提高能源利用率</b></p><p>　　現(xiàn)有三大能源即將枯竭，主要原因是儲(chǔ)量有限；二是過度開發(fā)；三是沒有合理有效利用及能源有效利用率低。開發(fā)出的新能源必須提高利用率，否則供不應(yīng)求的態(tài)勢還在阻礙經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。新能源中太陽能、風(fēng)能、水能、原子核能、地?zé)崮?、潮汐能我們都轉(zhuǎn)化為電能，建立了各式電站

35、。電能方便運(yùn)輸，有效利用率高。我們研究的氫燃料汽車不污染環(huán)境，是一種友好的綠色交通工具但是燃燒效率低，大約只有38%，顯然直接作為內(nèi)燃機(jī)燃料很浪費(fèi)的，如果轉(zhuǎn)化為電能應(yīng)用于磁懸浮列車將大大降低能耗.據(jù)日本研究與實(shí)際試驗(yàn)的而結(jié)果，在500km/h的時(shí)速下能耗僅為飛機(jī)的1/3。據(jù)德國實(shí)驗(yàn)，當(dāng)磁懸浮列車達(dá)到400km/h時(shí)，其每座位公里能耗與時(shí)速300km/h高速輪機(jī)列車持平；而當(dāng)磁懸浮列車時(shí)速也降到300km/h時(shí)，它的每座位公里能耗可比輪機(jī)

36、鐵路低33%。磁懸浮的發(fā)展是最有潛力，最有發(fā)展必要的。磁懸浮將是21世紀(jì)新型現(xiàn)代化的高速交通工具。</p><p><b>　　5 磁懸浮列車 </b></p><p><b>　　圖5-1</b></p><p><b>　　行駛中的磁懸浮列車</b></p><p><

37、;b>　　圖5-2</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)室中的磁懸浮列車</p><p>　　第一條輪軌鐵路出現(xiàn)在1825年，經(jīng)過140年努力,其運(yùn)營速度才突破200km/h，由200km/h到300km/h又花費(fèi)了近30年，雖然技術(shù)還在完善發(fā)展，繼續(xù)提高速度的余地已不大，而困難卻很大，還應(yīng)注意到，輪軌鐵路提高速度的代價(jià)是很高的，300km/h高速鐵路的造價(jià)比200km/h的

38、準(zhǔn)高速鐵路高近倆倍，比120km/h的普通鐵路高三至八倍，繼續(xù)提高速度，其造價(jià)還將繼續(xù)上升。高速公路和航空業(yè)的發(fā)展，鐵路面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的輪軌粘著式鐵路是利用車輪和鋼軌的粘著力使列車前進(jìn)的，而其粘著系數(shù)又隨著速度的增加而減小，走行阻力卻隨著速度的增加而增大。當(dāng)速度超過粘著系數(shù)曲線和阻性阻力曲線的焦點(diǎn)時(shí)，速度就不可能再進(jìn)一步提高了。如果要想再進(jìn)一步提高速度，同時(shí)又要做到更加安全、舒適，減輕振動(dòng)和噪音，減少能耗，降低運(yùn)輸成本，那么，

39、傳統(tǒng)鐵路將是難以辦到的。與之相比世界上第一個(gè)磁懸浮列車小型模型是1969年在德國出現(xiàn)的，日本是1972年造出的，可僅僅十年后的1979年，磁懸浮列車技術(shù)就創(chuàng)造了517km/h的速度記錄。目前技術(shù)已經(jīng)成熟，可進(jìn)入500km/h的實(shí)用運(yùn)營的建造階段。它克服了傳統(tǒng)輪機(jī)鐵路提高速度的</p><p>　　磁懸浮列車是由無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的新型交通工具，磁懸浮列車分為超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩大類。簡單地說，從內(nèi)部

40、技術(shù)而言，兩者在系統(tǒng)上存在著是利用磁斥力、還是利用磁吸力的區(qū)別。從外部表象而言，兩者存在著速度上的區(qū)別：超導(dǎo)型磁懸浮列車最高時(shí)速可達(dá)500公里以上（高速輪軌列車的最高時(shí)速一般為300—350公里），在1000至1500公里的距離內(nèi)堪與航空競爭；而常導(dǎo)型磁懸浮列車時(shí)速為400～500公里，它的中低速則比較適合于城市間的長距離快速運(yùn)輸。 磁懸浮列車?yán)谩巴韵喑?，異性相吸”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

41、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。 </p><p>　　在這行研究中，德國和日本起步最早，但倆國采用的制式完全不同，德國采用常導(dǎo)磁吸式，而日本則采用超導(dǎo)磁斥式，在車輛和線路結(jié)構(gòu)上，在懸浮、導(dǎo)向和推進(jìn)方式上雖然不同，然而基本原理卻是一樣的。日本已在九州宮崎等幾條試驗(yàn)線上懸浮運(yùn)行，創(chuàng)造了517km/h的速度記錄，但因常溫下的超導(dǎo)材料尚未出現(xiàn)，還未能投入商業(yè)性的載人運(yùn)行。日本的專家信心十足

42、地認(rèn)為他們的磁懸浮列車將是“最有發(fā)展前途的列車”為適應(yīng)競爭的需要，日本還要修建50km長的試驗(yàn)線，一條從扎幌道千葉機(jī)場，另一條是連接?xùn)|京至甲府的中央線。德國經(jīng)系統(tǒng)的研究，創(chuàng)造了快捷、安全、可靠地地面運(yùn)輸系統(tǒng)。在300~500km速度范圍，能量消耗和噪音明顯降低，乘客的舒適度比較高。系統(tǒng)設(shè)計(jì)特別考慮了安全性、運(yùn)行可靠性和環(huán)境的影響，廣泛使用了成熟的部件技術(shù)，因而將復(fù)雜度、維修量和危害大幅度減少。此外，所有關(guān)鍵系統(tǒng)高度冗余保證了列車安全、可

43、靠。在農(nóng)村,速度高達(dá)300~500km.在市區(qū)，最高速可達(dá)300km/h.與其他工具相比，在相同速度下，污染少、噪音小、能耗低、占地少等優(yōu)點(diǎn)。在我國磁懸浮已在上海運(yùn)行,上海磁懸浮列車是世界上第一段商業(yè)運(yùn)行的磁懸浮列車，設(shè)計(jì)時(shí)速43</p><p>　　5.1 世界第一條商業(yè)性運(yùn)營線</p><p>　　我國舉世屬目的上海磁懸浮列車示范線是中國第一條集城市交通、觀光、旅游于一體的世界第一條商

44、業(yè)性運(yùn)營線。該示范線西起上海地鐵二號(hào)線龍陽路站南側(cè)，東到浦東國際機(jī)場一期航站樓東側(cè)，線路全長29。863公里，總投資約89億元人民幣。這列當(dāng)今世界上最酷的列車，帶車頭的車廂長27.196米，寬3.7米。中間的車廂長24.768米，14分鐘內(nèi)能在上海市區(qū)和浦東機(jī)場之間打個(gè)來回。置身其中，您將親身體驗(yàn)到這架“陸地客機(jī)”所帶來的奇異感受。乘客不會(huì)有不適感。軌道全線兩邊50米范圍內(nèi)裝有目前國際上最先進(jìn)的隔離裝置。磁懸浮列車的車窗是減速玻璃，乘客

45、可以更好的觀賞窗外的風(fēng)景。減速玻璃在與車體接觸的邊緣處有弧度變形，正因?yàn)檫@個(gè)弧度可以使車外景物在透過弧度時(shí)發(fā)生變形，從而影響車內(nèi)乘客的視覺，產(chǎn)生減速的效果。并且在擋風(fēng)玻璃邊緣都有漸淡的點(diǎn)狀黑色裝飾邊，同樣也起到一定效果。它是21 世紀(jì)理想的超級(jí)特別快車，世界各國都十分重視發(fā)展磁懸浮列車。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(dòng)系統(tǒng)的高速列車系統(tǒng)。磁懸浮列車具有快速、低耗、安全、經(jīng)濟(jì)、無污染等優(yōu)點(diǎn)。磁懸浮列車從北京運(yùn)行到上海，不超

46、過4個(gè)小時(shí)，從杭州至上海只需23</p><p>　　5.2 磁懸浮列車的原理</p><p>　　傳統(tǒng)的鐵路列車都是依靠諸如蒸汽、燃油、電力等各種類型機(jī)車作為牽引動(dòng)力，車輪和鋼軌之間的相互作用作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，由車輪沿著鋼軌滾動(dòng)而前進(jìn)的。而磁懸浮列車則是一種依靠電磁場特有的“同性相斥、異性相吸”的特性將車輛托起，使整個(gè)列車懸浮在線路上，利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向，并利用直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成推進(jìn)力

47、，來推動(dòng)列車前進(jìn)的交通工具。雖然磁懸浮列車仍然屬于陸上有軌交通運(yùn)輸系統(tǒng), 并保留了軌道、 道岔和車輛轉(zhuǎn)向架及懸掛系統(tǒng)等許多傳統(tǒng)機(jī)車車輛的特點(diǎn), 但由于列車在牽引運(yùn)行時(shí)與軌道之間無機(jī)械接觸, 因此從根本上克服了傳統(tǒng)列車輪軌粘著限制、 機(jī)械噪聲和磨損等問題, 是一種新型的載運(yùn)工具,其速度介于輪軌高速列車 (400 km /h) 與飛機(jī) (700km / h)之間, 而造價(jià)比地鐵低。 如上海地鐵造價(jià)為每公里人民幣 8 億元, 而上海磁懸浮試驗(yàn)

48、線的造價(jià)約每公里人民幣 3 億元。磁懸浮列車按懸浮方式可分為常導(dǎo)磁吸型和超導(dǎo)排斥型兩大類。常導(dǎo)磁吸型以德國高速常導(dǎo)磁懸浮列車為代表。它是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理, 由車上常導(dǎo)電流產(chǎn)生電磁引力, 吸引軌道下的導(dǎo)磁體, 使列車浮起。常導(dǎo)磁吸型技術(shù)較簡單, 產(chǎn)生的電</p><p>　　5.2.1 懸浮與推進(jìn)原理</p><p>　　磁懸浮列車?yán)谩巴源艠O相斥，異性磁極相吸”的原理，讓

49、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10mm處，騰空行駛。磁懸浮列車的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線電動(dòng)機(jī)的原理。在位于軌道倆側(cè)的線圈里流動(dòng)的交流電，能將線圈變?yōu)殡姶朋w。由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體的相互作用，就使列車開動(dòng)起來。列車前進(jìn)是因?yàn)榱熊囶^部的電磁體（N級(jí)）被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體（S級(jí)）所吸引，并且同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N級(jí)）所排斥。當(dāng)列車到達(dá)下一位置，在線圈里流動(dòng)的電流流向就反轉(zhuǎn)過來了。其

50、結(jié)果就是原來那個(gè)S級(jí)線圈，現(xiàn)在變?yōu)镹級(jí)線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁鐵極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車速，通過電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線圈里流動(dòng)的交流電的頻率和電壓。</p><p>　　同推進(jìn)原理相同，當(dāng)列車需要減速時(shí)，就在相當(dāng)于定子的懸浮電磁鐵中通入反向交流電流，這樣產(chǎn)生的與列車行進(jìn)方向相反的磁場就會(huì)給列車一制動(dòng)力，使得列車減速。此時(shí)加速與減速作用時(shí)間相等。另外，如不通入反向電流而停止通電，一樣能得到減速剎

51、車的效果，只是加速度較小。</p><p>　　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。由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，磁懸浮列車因此也有兩種相應(yīng)工作形式：一種是以德國為代表的常規(guī)磁鐵吸引時(shí)懸浮系統(tǒng) ━━━EMS系統(tǒng),它利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵磁性物質(zhì)相吸引的基本原理，把列車吸引上來，懸空運(yùn)行。另一種是以日本為代表的排斥懸浮系統(tǒng)━━━EDS系統(tǒng)，它使用超導(dǎo)的磁懸浮原理，使車輪與鋼軌之間產(chǎn)生

52、排斥力，使列車懸空運(yùn)行。不同的懸浮系統(tǒng)，其懸浮原理不同。磁懸浮列車上裝有電磁體，鐵路底部則安裝線圈。通電后，地面線圈產(chǎn)生的磁場極性與列車上的電磁體極性總保持相同，兩者“同性相斥”，排斥力使列車懸浮起來。鐵軌兩側(cè)也裝有線圈，交流電使線圈變?yōu)殡姶朋w。它與列車上的電磁體相互作用，使列車前進(jìn)。列車頭的電磁體（N極）被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體（S極）所吸引，同時(shí)被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體（N極）所排斥，結(jié)果是一“推”一“拉”。這樣，列車由于電磁極性的

53、轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。</p><p>　　1.EMS系統(tǒng)懸浮原理</p><p>　　電磁懸浮系統(tǒng)（EMS）是一種常導(dǎo)吸力懸浮系統(tǒng)，它是結(jié)合在機(jī)車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互吸引產(chǎn)生懸浮。常導(dǎo)磁懸浮工作時(shí)，首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道倆側(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的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距離，實(shí)現(xiàn)軌道在

54、水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導(dǎo)向。車輛與行車軌道之間的懸浮信息間隙為10mm,s 是通過一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的。此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車運(yùn)行速度無關(guān)，所以即使在列車停車狀態(tài)下列車仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。</p><p>　　磁懸浮車輛結(jié)構(gòu)主要是由車體（也稱為車廂）夾層結(jié)構(gòu)和懸浮架組成。車廂與走行機(jī)構(gòu)的懸浮架之間通過二系懸掛以及牽引拉桿相互連接。夾層要連接車廂和安裝走行機(jī)構(gòu)，以及安裝信號(hào)和電

55、力設(shè)備等。懸浮架是車輛的走行機(jī)構(gòu)，其作用是裝載電磁鐵，且將懸浮力、導(dǎo)向力、牽引力和制動(dòng)力通過二系懸掛系統(tǒng)傳遞給車廂。</p><p>　　2.EDS系統(tǒng)懸浮原理</p><p>　　電力懸浮系統(tǒng)（EDS）是一種斥力懸浮系統(tǒng)，它利用了超導(dǎo)體的完全導(dǎo)電性和完全抗磁性。超導(dǎo)體的完全導(dǎo)電性。超導(dǎo)體的完全導(dǎo)電性是指在相當(dāng)?shù)偷臏囟认鲁瑢?dǎo)態(tài)電阻為零的特性，當(dāng)電阻為零時(shí)，可以傳導(dǎo)超大電流。超導(dǎo)態(tài)的另一個(gè)基

56、本性質(zhì)是抗磁性，即在磁場中一個(gè)超導(dǎo)體只要處于超導(dǎo)態(tài)，則它內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外磁場完全抵消，從而內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。也就是說，磁力線完全被排斥在超導(dǎo)體外面。因而超導(dǎo)體能夠支撐體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵，利用超導(dǎo)的抗磁性可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮。如果把一塊磁鐵放在超導(dǎo)盤上，由于超導(dǎo)盤把磁感應(yīng)線排斥出去，超導(dǎo)盤跟磁鐵之間有排斥力，就可以使磁鐵懸浮在超導(dǎo)盤的上方。超導(dǎo)磁懸浮就是利用了這一懸浮原理。</p><p>　　由于導(dǎo)軌產(chǎn)生

57、的懸浮磁場為感應(yīng)磁場，列車運(yùn)行速度越高則懸浮力越大。當(dāng)列車運(yùn)行速度低于120km/h之后，所產(chǎn)生的懸浮力較小，不足以支撐車輛懸浮。故當(dāng)運(yùn)行速度低于120km/h時(shí)，日本的超導(dǎo)磁懸浮車輛需依靠安裝在轉(zhuǎn)向架底部的車輪支撐行駛，當(dāng)速度高于120km/h時(shí)，車輛就自動(dòng)懸浮起來。車輛以500km/h的速度運(yùn)行時(shí)，其懸浮高度約為10cm。</p><p>　　5.2.2 導(dǎo)向原理</p><p>　　

58、導(dǎo)向系統(tǒng)是用一種側(cè)向力來保證懸浮的機(jī)車能夠沿著軌道的方向運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。必須的推力與選福利類似，在機(jī)車底板上的同一塊電磁鐵可以同時(shí)為導(dǎo)向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動(dòng)力，也可以采用獨(dú)立的導(dǎo)向系統(tǒng)電磁鐵。</p><p>　　5.3 新型磁懸浮列車原理與設(shè)計(jì)</p><p>　　為了克服現(xiàn)有磁懸浮列車普遍存在投資大、造價(jià)高、軌道路面平整度要求高、技術(shù)要求高等缺點(diǎn)，本人設(shè)計(jì)了一種懸浮和導(dǎo)向簡單、并且節(jié)能效果

59、明顯的新型磁懸浮列車。該新型磁懸浮列車綜合利用德國EMS制的磁吸力原理、日本EDS制的磁斥力原理以及美國magplane和Urban Maglev方案中的懸浮原理。以下具體分析其結(jié)構(gòu)及工作原理：</p><p>　　該磁懸浮列車主要有車載懸浮磁體1、懸浮鋁板2、推進(jìn)磁體6、驅(qū)動(dòng)繞組7、車體8和路軌9。該實(shí)施例的懸浮鋁板2分別敷設(shè)在路軌豎直軌道面面上懸浮陣列。其中兩列懸浮陣列呈豎直放置，左右各一列，具體來說就是：懸

60、浮鋁板2敷設(shè)在路軌的兩條豎直的平行軌道面壁上，懸浮鋁板2與懸浮鋁板2左右相向排列，車載懸浮磁體1豎直地非接觸性地插入路軌懸浮鋁板2之間形成懸浮陣列，車載懸浮磁體1表面積最大的面與懸浮鋁板2表面積最大的面相向平行，其磁軸垂直于懸浮鋁板表面積最大的面。該懸浮系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)合二為一，懸浮系統(tǒng)既用于列車懸浮又用于列車導(dǎo)向（如下圖3所示）,圖3中車載懸浮磁體1采用銣鐵硼等強(qiáng)力永久磁體，也可采用電磁體、超導(dǎo)磁體等。</p><p

61、><b>　　圖5-3</b></p><p>　　1為車載懸浮磁體、2為懸浮鋁板、6為推進(jìn)磁體、7為驅(qū)動(dòng)繞組、8為車體、9為路軌。</p><p>　　新型磁懸浮列車綜合利用德國EMS制的磁吸力原理、日本EDS制的磁斥力原理以及美國magplane和Urban Maglev方案中的懸浮原理，將車載懸浮磁體非接觸性地插入懸浮鋁板之間，利用磁體與鋁板作相對運(yùn)動(dòng)在鋁

62、板內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流及感應(yīng)磁場的原理來實(shí)現(xiàn)列車的懸浮和導(dǎo)向，其性能比其他磁懸浮系統(tǒng)更為優(yōu)越，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮艖腋×熊嚒?lt;/p><p>　　1.懸浮原理：當(dāng)列車處于整個(gè)軌道的正中央運(yùn)行時(shí)，由于車載懸浮磁體1非接觸性地插入懸浮鋁板2之間，根據(jù)磁體與導(dǎo)體作相對運(yùn)動(dòng)將在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理（楞次定律），當(dāng)車載懸浮磁體1與懸浮鋁板2作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸浮鋁板2里產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場與車載懸浮磁體1的磁場方

63、向相反，懸浮鋁板2與車載懸浮磁體1之間出現(xiàn)磁斥力。在豎直的懸浮陣列中，F(xiàn)1和F3分別代表磁懸浮列車的車載懸浮磁體1和懸浮鋁板2相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁斥力，F(xiàn)1和F3沿豎直方向的合力起著列車懸浮的作用，F(xiàn)1和F3沿水平方向的合力起著列車導(dǎo)向的作用。該懸浮列車的懸浮力隨列車速度增大而變大，列車在啟動(dòng)時(shí)有最低的懸浮速度，因而它有小輔助輪，當(dāng)列車低于該速度運(yùn)行時(shí)，車體由輪子支撐運(yùn)行，當(dāng)列車達(dá)到某一個(gè)速度時(shí)，列車起浮，車速達(dá)到兩、三百公里，懸浮非常明顯

64、，達(dá)到四、五百公里，懸浮更高?？傊囁僭娇鞈腋≡礁?。</p><p><b>　　圖5-4 </b></p><p>　　實(shí)施方案的懸浮力示意圖</p><p>　　2.導(dǎo)向原理：當(dāng)列車處于整個(gè)軌道的正中央運(yùn)行時(shí)，列車左懸浮陣列沿水平方向的合力與列車右懸浮陣列沿水平方向的合力都為零。但當(dāng)列車不處于軌道正中央時(shí)，則左右合力不為零。當(dāng)列車向左偏移

65、時(shí)，列車右懸浮陣列的車載懸浮磁體1會(huì)向該懸浮陣列的左懸浮鋁板靠近而遠(yuǎn)離該懸浮陣列的右懸浮鋁板，此時(shí)，F(xiàn)1大于F3，列車右懸浮陣列沿水平方向的合力向右；同樣原理可以得出列車左懸浮陣列沿水平方向的合力也向右，這樣列車被迫右移。當(dāng)列車向右偏移時(shí)情況正好相反，列車受到沿水平方向的總合力向左，這樣列車被迫左移。因此，只有列車在整個(gè)軌道的正中央位置時(shí)，列車受到沿水平方向的合力才為零，這樣就保證了列車在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛。</

66、p><p>　　3.推進(jìn)原理：實(shí)施方案的推進(jìn)系統(tǒng)主要有驅(qū)動(dòng)繞組和推進(jìn)磁體，該推進(jìn)系統(tǒng)分兩種（即長定子和短定子）：第一種推進(jìn)系統(tǒng)由軌道路面中間的驅(qū)動(dòng)繞組和列車底部中間的車載推進(jìn)磁體構(gòu)成，作為直線電機(jī)的定子（即驅(qū)動(dòng)繞組）沿著軌道連續(xù)分布，而作為車載推進(jìn)磁體的轉(zhuǎn)子固定在列車上，推力由軌道上驅(qū)動(dòng)繞組的交流電流產(chǎn)生；該推進(jìn)系統(tǒng)系統(tǒng)采用分段供電，大約2～3km為一個(gè)供電區(qū)，每個(gè)供電區(qū)通過沿線分布的供電柜供電，使驅(qū)動(dòng)繞組與列車下面

67、的車載推進(jìn)磁體或者動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng)，由于列車推進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)繞組(定子電樞)安裝在路軌上，功率電源放置在地面，用接力的方式驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行，運(yùn)行更加可靠。由于不需要受流軌供電，所以列車運(yùn)行無須饋電線和集電弓。第二種推進(jìn)系統(tǒng)由軌道路面中間的推進(jìn)磁體和列車底部中間的車載驅(qū)動(dòng)繞組構(gòu)成，推進(jìn)磁體的定子沿著軌道連續(xù)分布，而作為直線電機(jī)的轉(zhuǎn)子（即驅(qū)動(dòng)繞組）固定在列車上，推力是由列車驅(qū)動(dòng)繞組的交流電流產(chǎn)生的，驅(qū)動(dòng)繞組與軌

68、道上面的推進(jìn)磁體或者動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng)列車，由于推進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)繞組安裝在列車上，需要受流軌供電，所以列車運(yùn)行時(shí)需要饋電線和集電弓。</p><p>　　4.補(bǔ)充圖片:車載懸浮磁體示意圖3。圖中箭頭代表磁軸方向，N代表北極，S代表南極，磁軸方向?yàn)?0由S極指向N極，雙箭頭11代表磁體的寬度。車載磁體采用片狀強(qiáng)力永磁體（或電磁體），永磁體疊加起來構(gòu)成磁模塊并封裝在列車底部的磁體柜中。</p>

69、<p><b>　　圖5-5</b></p><p><b>　　車載懸浮磁體示意圖</b></p><p>　　5.3.1該新型的磁懸浮列車的優(yōu)勢</p><p>　　一是技術(shù)要求低：由于車載懸浮磁體1是豎直地非接觸性地插入路軌懸浮鋁板2之間之間形成懸浮陣列，車載懸浮磁體1在列車加速時(shí)就會(huì)在懸浮鋁板2間上浮，在

70、列車減速時(shí)就會(huì)下降，因此列車的懸浮力是由車載懸浮磁體1與懸浮鋁板2作相對運(yùn)動(dòng)的速度以及車載懸浮磁體1在懸浮鋁板2之間的插入量來決定的。在同一條線路上，列車速度越大則懸浮力越大而插入量越小；速度越小則懸浮力越小而插入量越大。只要列車上用來固定車載懸浮磁體1的豎直底架有一定長度，列車就能夠在一個(gè)比較大的浮降范圍內(nèi)而能夠使底架不會(huì)接觸路基軌道面，所以該磁懸浮列車對路基下沉量等技術(shù)的要求比普通磁懸浮列車低得多。</p><p

71、>　　二是懸浮力大：該磁懸浮系統(tǒng)充分利用了同一磁體的N極和S極兩個(gè)磁極參與懸浮，因而該磁懸浮系統(tǒng)的懸浮力大。</p><p>　　三是列車和軌道結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低：懸浮系統(tǒng)的路軌面僅為鋁板，鋁在地球上儲(chǔ)量豐富，來源廣泛，車載懸浮磁體可采用永磁體，這使得整個(gè)懸浮系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理非常簡單，系統(tǒng)可靠性大幅提高，建造更方便，維修更簡單。同時(shí)，列車的懸浮和導(dǎo)向系統(tǒng)合二為一，不但簡化了結(jié)構(gòu)、節(jié)省了造價(jià)，又能夠保

72、證列車在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛。</p><p>　　四是節(jié)能環(huán)保：懸浮系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)由于采用鋁板和永磁體，其除了渦流損耗外幾乎不耗電，只有推進(jìn)系統(tǒng)耗電。</p><p>　　五是安全性高：由于列車的上浮和下降有較大的空間范圍，懸浮剛度大，因而安全性能高。同時(shí)，該懸浮列車有輔助輪，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)發(fā)生故障得停車或者緊急情況或者列車突然失去懸浮力，輔助輪便作為一種保護(hù)措施，使列車

73、可以借助輔助輪慢慢停下來，防止車體直接與軌道相撞。而且即使驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)發(fā)生故障或線路停電，列車的慣性運(yùn)動(dòng)也能夠使車載懸浮磁體與懸浮鋁板間產(chǎn)生磁斥力，這種磁斥力是逐漸變小的，因而懸浮力也是逐漸變小的，這樣列車不會(huì)出現(xiàn)突然失去懸浮力的現(xiàn)象。</p><p>　　六是該新型磁懸浮列車的道岔具有結(jié)構(gòu)簡單、不占地和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　七是由于該新型磁懸浮列車的車載懸浮磁體主要是插入

74、路軌的懸浮鋁板之間，磁場被封閉在路軌豎槽里，不向外散發(fā)，所以磁場輻射對路軌沿線居民的傷害小。</p><p>　　5.3.2該新型的磁懸浮列車的道岔</p><p>　　目前高速磁懸浮列車面臨的難點(diǎn)之一就是道岔問題。在本磁懸浮方案中，由于車載懸浮磁體是豎直地非接觸性地插入路軌懸浮鋁板之間形成懸浮陣列，軌道結(jié)構(gòu)是豎槽型或空心體，車載懸浮磁體在豎槽里運(yùn)行，所以道岔的結(jié)構(gòu)非常簡單。道岔的工作原理

75、如圖4和圖5所示的道岔俯視圖，圖中道岔頭13的上表面略呈扁長三角形，道岔頭13置于道岔口的軌道豎槽里。</p><p><b>　　圖 5-6</b></p><p>　　道岔俯視圖，圖中9為路軌、13為道岔頭、雙箭頭14和15為列車運(yùn)動(dòng)方向</p><p>　　當(dāng)列車需要按圖4中箭頭14所示方向的軌道運(yùn)行時(shí)，道岔頭13便擋住了所有通往箭頭15

76、所示方向的軌道；而當(dāng)列車需要按圖5中箭頭15所示方向的軌道運(yùn)行時(shí)，道岔頭13便擋住了所有通往箭頭14所示方向的軌道。道岔頭13在道岔口的移動(dòng)由電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，道岔頭13只需在道岔口水平移動(dòng)，按照圖4和圖5就是上下移動(dòng)。例如，把圖4所示的所有道岔頭水平移動(dòng)則變成了圖5所示的道岔，這時(shí)列車沿箭頭15所示方向的軌道運(yùn)行；若把圖5所示的所有道岔頭平移則變成了圖4所示的道岔，這時(shí)列車沿箭頭14所示方向的軌道運(yùn)行。</p>&l

77、t;p><b>　　圖 5-7</b></p><p>　　道岔俯視圖，圖中9為路軌、13為道岔頭、雙箭頭14和15為列車運(yùn)動(dòng)方向</p><p>　　當(dāng)然道岔頭還可以設(shè)計(jì)成升降式，當(dāng)列車需要按圖4中箭頭14所示方向的軌道運(yùn)行時(shí)，道岔頭便從豎槽型軌道底部升上來，擋住所有通往箭頭15所示方向的軌道；而當(dāng)列車需要按圖4中箭頭15所示方向的軌道運(yùn)行時(shí)，則上述所有擋住通

78、往箭頭15所示方向軌道的道岔頭便下降至豎槽型軌道底部，而用來擋住所有通往箭頭14所示方向軌道的道岔頭則從豎槽型軌道底部升上來，變成圖5所示，反之亦然。毫無疑問，這種結(jié)構(gòu)是既簡單便于操作又不占地。道岔頭13如下圖6所示：</p><p><b>　　圖 5-8</b></p><p>　　道岔頭13示意圖，2為懸浮鋁板</p><p><b

79、>　　補(bǔ)充說明：</b></p><p>　　1.車載懸浮磁體主要采用銣鐵硼等強(qiáng)力永久磁體，當(dāng)然不排除采用電磁體、超導(dǎo)磁體等，對推進(jìn)磁體，中低速以永久磁體為佳，而高速時(shí)則可采用電磁體或超導(dǎo)磁體。</p><p>　　2.為了防止車載磁體吸附路軌上的微小鐵磁物質(zhì)，可以在每天清晨第一趟列車發(fā)車前由專門的鐵磁清掃車對路軌進(jìn)行一次徹底清掃，或者在列車車頭的前部加裝鐵磁清掃器。&l

80、t;/p><p>　　3.對推進(jìn)磁體不一定要粘在列車底架上，也可以固定在一個(gè)能夠徑向運(yùn)動(dòng)的裝置上。該裝置為電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)推進(jìn)磁體與驅(qū)動(dòng)繞組之間的氣隙，保證推進(jìn)磁體與驅(qū)動(dòng)繞組之間有一個(gè)相對穩(wěn)定的間隙。</p><p>　　4.和美國的Magplane和Urban Maglev一樣，采用整體鋁導(dǎo)電板，渦流損耗會(huì)大些，當(dāng)然對一條線路來說，用電量不是主要的，最主要的是要降低造價(jià)。</

81、p><p>　　5.4 磁懸浮列車模型舉例計(jì)算</p><p>　　磁懸浮列車的原理如圖所示，在水平面上，兩根平行的直導(dǎo)軌間有豎直方向且等間距的勻強(qiáng)磁場B1和B2，導(dǎo)軌上有金屬框abcd，金屬框?qū)挾扰c每個(gè)磁場的寬度相同，當(dāng)勻強(qiáng)磁場B1和B2同時(shí)以v沿直導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬框也會(huì)沿直導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，設(shè)直導(dǎo)軌間距為L=0.4 m，B1=B2=1 T，磁場運(yùn)動(dòng)的速度為v =5 m/s，金屬框的電阻為R =

82、2 Ω.計(jì)算：</p><p>　　（1）金屬框?yàn)槭裁催\(yùn)動(dòng)？若金屬框不受阻力時(shí)，金屬框如何運(yùn)動(dòng)（真空管道磁懸 浮模型)</p><p>　　（2）當(dāng)金屬框始終受到f =1 N的阻力時(shí)，金屬框最大速度是多少。</p><p>　?。?）當(dāng)金屬框始終受到1 N的阻力時(shí)，要使金屬框維持最大速度，每秒鐘需消耗多少能量？這些能量是誰提供的。</p><p&

83、gt;　　計(jì)算：（1）金屬框在安培力的作用下運(yùn)動(dòng)，不受阻力時(shí)，框向右做變加速運(yùn)動(dòng)，最后以5 m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　（2）當(dāng)框受阻力時(shí)，由受力分析得 F安－f = ma</p><p>　　［（V－V）（B+B）2L/R］－ f = ma，</p><p>　　當(dāng)a =0時(shí)，有4（V-V）B2L/R = f，代入數(shù)據(jù)得V= 1.875 m/s.&

84、lt;/p><p><b>　　（3）由能量轉(zhuǎn)換得</b></p><p>　　W = f Vt+［（V-V）（B+B）L］2t/R =1.875 J+3.125 J = 5 J</p><p>　　5.5 磁懸浮發(fā)展優(yōu)勢</p><p>　　磁懸浮列車做到了更加安全、舒適，減輕振動(dòng)和噪音，減少能耗和降低運(yùn)輸成本。突破了傳統(tǒng)

85、鐵路的各種困難。吸力型磁懸浮列車原理系統(tǒng)工作時(shí)，支撐電磁鐵通過控制器的自動(dòng)調(diào)節(jié)，產(chǎn)生和整個(gè)車體的重量相等的磁力，使得車體脫離同軌道的約束，并保持一定的間隙，從而可以在很大程度上消除鐵軌的不平造成的高頻干擾,同時(shí)車體與軌道脫離機(jī)械接觸，不存在常規(guī)列車的輪軌碰撞噪音，從而乘坐的舒適性得到了保證;導(dǎo)向電磁鐵的作用是使車體側(cè)向穩(wěn)定和控制車體前進(jìn)的方向。由于車體與軌道之間無機(jī)械摩擦，列車靠直線電機(jī)和鐵軌的相互作用獲得前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力，其爬坡力也較常規(guī)

86、輪軌列車強(qiáng)（輪軌列車前進(jìn)依賴的是輪軌之間的粘軸力）另一方面，由于采用轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，使得“越軌”事故不可能發(fā)生，從而乘坐較安全。斥力磁懸浮與吸力類似。由原理可以知道它具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1) 速度快：常導(dǎo)磁懸浮列車車速可達(dá)400～500km/h,超導(dǎo)磁懸浮列車車速可達(dá)500～600km/h.它是當(dāng)今世界最快的地面客運(yùn)交通工具，它的高速度使其在1000～1500km之間的旅行距離比乘坐飛機(jī)更優(yōu)越。&l

87、t;/p><p>　　(2) 運(yùn)行成本和能耗低：由于沒有輪子、無摩擦等因素，它比目前最先進(jìn)的高速火車省電30％.在 500 km? h 速度下, 每座位每公里的能耗僅為飛機(jī)的三分之一至二分之一, 比汽車也少耗能30%。</p><p>　　(3) 維修少。磁懸浮列車屬于無磨損運(yùn)行, 需要維修的主要是電氣設(shè)備。 隨著電子工業(yè)的發(fā)展, 電子元件的可靠性將不斷提高。 因此, 磁懸浮列車的維修工作量較

88、少。</p><p>　　(4) 有利于環(huán)保。磁懸浮列車采用電力驅(qū)動(dòng), 不需燃油，這使它的發(fā)展不受能源結(jié)構(gòu)，特別是燃油供應(yīng)的限制；同時(shí)，無有害氣體排放，環(huán)境污染小。它在運(yùn)行時(shí)不與軌道發(fā)生摩擦, 所以發(fā)出的噪聲很低。</p><p>　　(5) 安全性高。磁懸浮列車在軌道上運(yùn)行, 按飛機(jī)的防火標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行配置。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其不會(huì)出軌,具有較高的安全性。</p><p&g

89、t;　　(6) 轉(zhuǎn)彎半徑小, 爬坡能力強(qiáng)。由于磁懸浮高速列車具有較高的爬坡能力(10% , 而一般鐵路為3% ) 和較小的曲線半徑(速度300 km /h 時(shí), 磁懸浮鐵路為R 2 350 m ,傳統(tǒng)鐵路為R 3350 m), 因而其線路對地形的適應(yīng)性非常靈活。</p><p>　　(7) 具有乘坐舒適、啟動(dòng)快、制動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　磁懸浮不僅在交通運(yùn)輸中可以得到很好應(yīng)用，隨

90、著越來越高的摩天大樓在各地落成，而今普遍使用的鋼索懸掛式電梯已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代生活的需求。這是因?yàn)殇撍鞯拈L度隨著樓層的增高而相應(yīng)增加，這些鋼索會(huì)由于承受不了自身的重力，還沒有掛電梯就會(huì)被拉斷。未來解決這些問題，磁浮電梯在以后也將開發(fā)出來。</p><p>　　5.5.1 我國具備發(fā)展磁懸浮列車的需求</p><p>　　我國幅員遼闊、人口眾多，800～1500km中長距離的客運(yùn)市場潛力巨大。2

91、1世紀(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和社會(huì)飛速進(jìn)步、已經(jīng)并將繼續(xù)產(chǎn)生極大的高速客運(yùn)交通需求。目前，我國大容量高速客運(yùn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)還遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平，迄今尚無一條真正意義上的高速鐵路客運(yùn)專線，未來幾年迫切需要建設(shè)、發(fā)展與高速客運(yùn)交通需求相適應(yīng)的高速軌道交通體系。高速磁浮交通系統(tǒng)由于有著較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行速度，不僅適合于相距數(shù)百公里至一千多公里的交通樞紐之間的大運(yùn)量快速客運(yùn)交通，而且還適合于相距數(shù)十公里至數(shù)百公里的中心城市與附近重要城市之間的

92、現(xiàn)代大容量高速客運(yùn)交通系統(tǒng)，將是中國選擇建設(shè)大容量客運(yùn)體系時(shí)考慮的重要方案之一。(京滬1320公里，京廣港澳2550公里，哈大940公里，徐州寶1030公里，浙贛940公里，津?yàn)c730公里，滬杭194公里)大多在100公里以上。500公里／小時(shí)的磁懸浮列車比300公里／小時(shí)的高速輪軌列車在旅客選擇民航或鐵路中具有顯著的優(yōu)越性。高速磁懸浮的投資成本比高速輪軌相差不多，其更高速的優(yōu)越性無疑應(yīng)該成為優(yōu)先選擇的方案。高速磁懸浮的投資的確比高速

93、輪軌鐵路高1.2-1.5倍，但前者的速度卻比后</p><p>　　5.5.2 常規(guī)列車受力分析</p><p>　　列車運(yùn)行基本阻力。概念:列車在空曠地段沿平直道運(yùn)行時(shí)所受的阻力。特點(diǎn):在列車運(yùn)行過程中任何時(shí)候都存在,列車在平直道上運(yùn)行只有基本阻力。成因:機(jī)車、車輛各零部件之間，機(jī)車、車輛表面與空氣以及車輪與鋼軌之間的摩擦與沖擊。</p><p>　　基本阻力的組

94、成:1軸承阻力2滾動(dòng)阻力3滑動(dòng)阻力4沖擊和震動(dòng)阻力5空氣阻力。</p><p>　　1軸承阻力輪對滾動(dòng)時(shí)，軸頸與滑動(dòng)軸承之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，接觸面產(chǎn)生摩擦力。由軸承摩擦產(chǎn)生的機(jī)車車輛運(yùn)行阻力為軸承阻力。軸承阻力與軸荷重、摩擦系數(shù)、軸頸半徑、車輪半徑有關(guān)。影響摩擦系數(shù)的因素:(1)軸承類型 (2)潤滑油的影響。粘度降低，系數(shù)降低 (3)列車運(yùn)行速度。隨速度升高，系數(shù)先下降后升高 4軸頸表面的單位壓力：壓力增大，系數(shù)降

95、低2.滾動(dòng)阻力:車輪在鋼軌上滾動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)車車輛運(yùn)行阻力。3.滑動(dòng)阻力:由車輪踏面與鋼軌頂面間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生(1)車輪踏面與軌面各接觸點(diǎn)的直徑不相等。(2)同一輪對的兩個(gè)車輪直徑不同。(3)輪對組裝不正確，也要引起車輪在鋼軌上發(fā)生縱向和橫向滑動(dòng)。(4)列車的蛇行運(yùn)動(dòng)引起輪軌間產(chǎn)生摩擦阻力。4.沖擊和振動(dòng)阻力:由于鋼軌接縫、軌道不平直、輪軌擦傷等原因引起的輪軌間的沖擊和機(jī)車車輛的震動(dòng)；機(jī)車車輛之間存在的橫向、縱向的沖擊和震動(dòng)。5.空氣阻力

96、:包括正面壓力、列車表面和空氣摩擦以及列車兩側(cè)和頂部的渦流?？諝庾枇Q定于列車速度、列車外形和尺寸，與速度平方成正比。通常用下式表示：</p><p>　　Wa=CxΩ pv/2 Wa= CxΩρv2/2</p><p>　　Cx—空氣阻力系數(shù); Ω —列車最大截面積；</p><p>　　ρ —空氣密度；v —列車的相對速度。</p>

97、<p>　　上述五種阻力隨著列車速度的大小而有不同的變化。低速時(shí)，軸承阻力、滾動(dòng)阻力占較大的比例；速度提高后，輪軌間滑動(dòng)阻力、沖擊振動(dòng)阻力、空氣阻力占的比例逐漸加大；高速時(shí)( 2 0 0 k m ／h 以上) ，列車基本阻力則以空氣阻力為主。</p><p>　　列車運(yùn)行時(shí)與空氣相互作用，有空氣作用在車體表面，阻礙列車運(yùn)行的作用力。列車運(yùn)行中所受到的阻礙列車運(yùn)行的作用力稱為列車阻力。列車阻力分為由機(jī)械摩

98、擦阻力和空氣阻力組成，附加阻力包括坡道、彎道、隧道和起動(dòng)阻力等。由于運(yùn)行速度的不斷提高，空氣阻力成為了阻礙列車高速運(yùn)行的最大因素。近年來，國外高速列車最大營運(yùn)速度已達(dá)到350ldIl／ll，此時(shí)列車的空氣阻力占了列車總阻力的80％．以德國ICE／V列車阻力公式為例：列車所受的總阻力：</p><p>　　F=l1.4M+(0．025M+17.86p)V+0.0428N</p><p>　　

99、式中F為阻力（N)，M為列車質(zhì)量(t)，p為空氣密度儀g／m3)，N為中間懸掛車輛數(shù)，礦為列車速度娜)；假設(shè)列車質(zhì)量為800t，中間懸掛車輛數(shù)為N=12，按上式計(jì)算出各種速度下的列車總阻力、機(jī)械阻力、空氣阻力見表1-1</p><p><b>　　表 5-1</b></p><p>　　表明了列車運(yùn)行速度越高，空氣阻力所占總阻力的比重越大</p><

100、;p>　　為了克服空氣阻力對高速交通速度的限制，而地表稠密的大氣是影響空氣阻力的一個(gè)最主要的因素?？諝庾枇εc速度的二次方成正比，由此產(chǎn)生的氣動(dòng)噪音隨速度的七次或八次方而急增。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境下，當(dāng)列車運(yùn)行速度在400km／h以上時(shí)，阻礙列車運(yùn)動(dòng)的空氣阻力消耗了80％用來牽引列車的驅(qū)動(dòng)能源，這是及其不經(jīng)濟(jì)的。而且由于高速的原因，氣動(dòng)噪音也成倍的增加，這給我們高速交通帶來的不少負(fù)面影響。既然高速的障礙來自稠密的地表大氣，那么解決這一問

101、題的根本途徑只能是改變大氣的密度。利用密閉管道來降低管道內(nèi)的大氣壓力，從而降低列車運(yùn)行環(huán)境的空氣密度，擺脫或部分?jǐn)[脫空氣阻力與噪音的困擾，實(shí)現(xiàn)列車的高速行駛。真空管道磁懸浮列車系統(tǒng)就是在這種設(shè)想中被提出的。</p><p>　　5.6 磁懸浮鐵路的發(fā)展趨勢</p><p>　　由于列車運(yùn)行過程中主要受的是空氣阻力，如果能降低空氣密度更將大大降低能耗，而列車的速度將發(fā)生質(zhì)的飛躍。真空管道磁懸

102、浮列車才是最理想的交通工具。 </p><p><b>　　圖 5-9</b></p><p><b>　　真空管道磁懸浮</b></p><p>　　5.6.1真空管道磁懸浮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　與現(xiàn)有的運(yùn)輸工具(飛機(jī)、高鐵、汽車等)相比，真空管道磁懸浮系統(tǒng)有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：</p&

103、gt;<p>　　(1)快速：洛杉磯一紐約，僅需要45分鐘；北京—華盛頓，只需2小時(shí)；本地旅行速度350km/h，國際間旅行速度達(dá)到4000km/h左右；與常壓下的軌道交通對比，在0.1個(gè)大氣壓下的真空管道磁懸浮系統(tǒng)中磁浮列車速度可以達(dá)到運(yùn)營速度500-700km/h。</p><p>　　(2)高效、節(jié)能：由于快速的特點(diǎn)，減小了空氣阻力和輪軌間的摩擦力，使得列車的能耗大大降低。這將大大有利于緩解日

104、益緊張的能源問題。</p><p>　　(3)便捷:運(yùn)行過程采用“快速起停、快速乘降"的原則，即：無需待避／會(huì)讓：快速起停，減少了旅客等待時(shí)間。由于列車在封閉的管道內(nèi)運(yùn)行，也使得列車和旅客的出行不在受天氣因素影響。</p><p>　　(4)安全：由于其運(yùn)行環(huán)境的封閉性和行駛的路徑單一性具有其他運(yùn)輸方式無法比擬的優(yōu)勢，可以減少甚至避免引起各種傳統(tǒng)運(yùn)輸方式的事故因素。</p&