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磁懸浮列車的技術系統

磁懸浮列車主要由懸浮系統、推進系統和導向系統三大部分組成,盡管可以使用與磁力無關的推進系統,但在絕大部分設計中,這三部分的功能均由磁力來完成。 懸浮系統的設計,可以分為兩個方向,分別是德國所采用的常導型和日本所采用的超導型。從懸浮技術上講就是電磁懸浮系統(EMS)和電力懸浮系統(EDS)。圖4給出了兩種系統的結構差別。

(EMS)是壹種吸力懸浮系統,是結合在機車上的電磁鐵和導軌上的鐵磁軌道相互排斥產生懸浮。常導磁懸浮列車工作時,首先調整車輛下部的懸浮和導向電磁鐵的電磁排斥力,與地面軌道兩側的繞組發生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下,使車輪與軌道保持壹定的側向距離,實現輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導向。車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米,是通過壹套高精度電子調整系統得以保證的。此外由於懸浮和導向實際上與列車運行速度無關,所以即使在停車狀態下列車仍然可以進入懸浮狀態。

(EDS)將磁鐵使用在運動的機車上以在導軌上產生電流。由於機車和導軌的縫隙減少時電磁斥力會增大,從而產生的電磁斥力提供了穩定的機車的支撐和導向。然而機車必須安裝類似車輪壹樣的裝置對機車在“起飛”和“著陸”時進行有效支撐,這是因為EDS在機車速度低於大約55公裏/小時無法保證懸浮。EDS系統在低溫超導技術下得到了更大的發展。

超導磁懸浮列車的最主要特征就是其超導元件在相當低的溫度下所具有的完全導電性和完全抗磁性。超導磁鐵是由超導材料制成的超導線圈構成,它不僅電流阻力為零,而且可以傳導普通導線根本無法比擬的強大電流,這種特性使其能夠制成體積小功率強大的電磁鐵。

超導磁懸浮列車的車輛上裝有車載超導磁體並構成感應動力集成設備,而列車的驅動繞組和懸浮導向繞組均安裝在地面導軌兩側,車輛上的感應動力集成設備由動力集成繞組、感應動力集成超導磁鐵和懸浮導向超導磁鐵三部分組成。當向軌道兩側的驅動繞組提供與車輛速度頻率相壹致的三相交流電時,就會產生壹個移動的電磁場,因而在列車導軌上產生磁波,這時列車上的車載超導磁體就會受到壹個與移動磁場相同步的推力,正是這種推力推動列車前進。其原理就像沖浪運動壹樣,沖浪者是站在波浪的頂峰並由波浪推動他快速前進的。與沖浪者所面對的難題相同,超導磁懸浮列車要處理的也是如何才能準確地駕馭在移動電磁波的頂峰運動的問題。為此,在地面導軌上安裝有探測車輛位置的高精度儀器,根據探測儀傳來的信息調整三相交流電的供流方式,精確地控制電磁波形以使列車能良好地運行。 2009年6月15日,國內首列具有完全自主知識產權的實用型中低速磁懸浮列車,在中國北車唐山軌道客車有限公司下線後完成列車調試,開始進行線路運行試驗,這標誌著我國已經具備中低速磁懸浮列車產業化的制造能力。中低速磁懸浮列車是壹種新近發展起來的軌道交通裝備,性能卓越,適用於大中城市市內、近距離城市間、旅遊景區的交通連接,市場前景廣闊。中低速磁懸浮列車利用電磁力克服地球引力,使列車在軌道上懸浮,並利用直線電機推動前進。與磁懸浮列車相比,高鐵具有噪聲低,振動小,線路敷設條件寬松、建造成本低,易於實施,易於維護等優點,而且由於其牽引力不受輪軌間的粘著系數影響,使其爬坡能力強,轉彎半徑小,是舒適、安全、快捷、環保的綠色軌道交通工具,在各種交通方式中具有獨特的優勢。中低速磁懸浮項目是唐車公司與北京控股磁懸浮技術發展有限公司、國防科學技術大學等***同開展的磁懸浮技術工程化應用研發項目,被科技部列入國家“十壹五”科技支撐計劃。

2005年7月,首輛中低速磁懸浮工程化樣車在唐車公司問世,並投入試驗運行。

2008年5月,唐車公司建成了長達1.547公裏的國內首條中低速磁懸浮列車工程化試驗示範線,科技部將其確立為國家科技支撐計劃中低速磁懸浮交通試驗基地,導致深圳市民壹致謾罵反對。

2009年5月13日,國內首列具有完全自主知識產權的實用型中低速磁懸浮列車在唐車公司完成組裝,順利下線,並隨即開始進行列車調試。該車在原有工程化樣車基礎上進行了大量實用化改進,整列車為3輛編組模式,由2輛結構相同的端車和1輛中間車組成,運行時速為100到120公裏,首尾車定員為每輛100人,中間車為120人,使用壽命在25年以上。 該車采用鋁合金車體、寬幅車身,供電電壓由直流750伏提高到直流1500伏,爬坡能力達到70‰的水平,更加適合在城市復雜線路運行,並幅降低了線路建設拆遷成本。 利用磁鐵吸引力使車輛浮起來的磁懸浮列車,用的是“T”形導軌,車輛的兩側下部向導軌的兩邊環抱。在車輛的下部的內翻部分面上裝有磁力強大的電磁鐵,導軌底部設有鋼板。鋼板在上,電磁鐵在下。 所謂電磁鐵,就是壹個金屬線圈,當電流流經線圈時,能產生磁力吸引鋼板,因而車輛被向上擡舉。當吸引力與車輛重力平衡,車輛就可懸浮在導軌上方的壹定高度上。改變電流,也就改變磁場強度,使懸浮的高度得到調整。另壹種磁懸浮列車,采用相斥磁力使車輛浮起。它的軌道是“U”形的。當列車向前運動時,車輛下面的電磁鐵就使埋在軌道內的線圈中感應出電流,使軌道內線圈也變成了電磁鐵,而且它與車輛下的磁鐵產生相斥的磁力,把車輛向上推離軌道。

利用相斥磁力懸浮的列車,壹開動很快就可以加速到時速50公裏/小時,跑了100米的距離之後,便在軌道上懸浮起來。列車沿著地面越“飛”越快,最高可達每小時450公裏(理論上可以到更高速,高鐵也是這樣,可是國家怎麽限速運行呢?)。 西南交通大學在2000年研制的世界第壹輛載人高溫超導磁懸浮列車“世紀號”以及後來研制的載人常溫常導磁懸浮列車“未來號”等受到黨和領導人的高度關註和充分肯定。據介紹,早在1994年,西南交大就研制成功中國第壹輛可載人常導低速磁浮列車,但那是在完全理想的實驗室條件下運行成功的。

2003年,西南交大在四川成都青山磁懸浮列車線完工,該磁懸浮試驗軌道長420米,主要針對觀光遊客,票價低於出租車費?不盈利誰會建設。懸浮列車的原理並不深奧。它是運用磁鐵“同名磁極相斥,異名磁極相吸”的性質,使磁鐵具有抗拒地心引力的能力,即“磁性懸浮”。科學家將“磁性懸浮”這種原理運用在鐵路運輸系統上,使列車完全脫離軌道而懸浮行駛,成為“無輪”列車,時速可達幾百公裏以上。這就是所謂的“磁懸浮列車”,亦稱之為“磁墊車”。

磁懸浮列車在磁力作用下,使車輛浮起,並沿著特殊的導軌運行。有速度快噪音低費用低等特點。

上海磁懸浮列車是中國第壹條磁懸浮列車, 設計時速430公裏/小時,實際時速約380公裏/小時,轉彎處半徑達8000米已經廢除。為我國實驗磁懸浮列車積累了經驗。