磁悬浮列车

编辑 锁定
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力(即磁的吸力和斥力)来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中,行走时不同于其他列车需要接触地面,因此只受来自空气的阻力。磁悬浮列车的速度可达每小时400公里以上,比轮轨高速列车的380多公里还要快。磁悬浮技术的研究源于德国,早在1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年以后,随着世界工业化国家经济实力的不断加强,为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要,德国、日本等发达国家以及中国都相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。我国第一辆磁悬浮列车2003年1月开始在上海运行。
快速导航
全景图
中文名
磁悬浮列车
外文名
The maglev train
速 度
时速90-550公里
技术起源
德国

工作原理 编辑

磁悬浮列车的原理

最早提出磁悬浮高速列车概念的,是德国工程师赫尔曼·肯佩尔,他的想法很简单,如果列车能够悬浮于轨道之上,不就可以实现更高的速度了吗?1922年,赫尔曼·肯佩尔创造性地提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。
中国上海磁悬浮列车 中国上海磁悬浮列车
但是由于造价与技术难度和不实用的问题,磁悬浮列车一直没有得到大规模应用,德国、日本、美国、苏联、加拿大、法国、英国虽然后开展过研究,但是坚持下来的只有德国和日本。
磁悬浮的基本原理很简单,就是利用“同性相斥异性相吸”的电磁原理,让磁铁对抗地心引力,让车辆悬浮起来(一般情况下不超过1厘米),然后利用电磁力引导,推动列车前行。
第一种,是以德国为代表的常导磁悬浮。轨道是一种T型台,列车两边下部要把T型轨道的两边包住,由安装在列车车体底部的常规电磁体与位于电磁体上方的导磁轨道间的吸引力实现悬浮。常导磁悬浮的优势是技术简单,劣势是产生的电磁吸引力较小,列车与轨道之间的缝隙大约8—10毫米。常导型高速磁悬浮列车的时速可达400公里—500公里之间。
上海浦东机场线采用的就是德国常导磁悬浮技术,由德国Transrapid公司于2001年在中国上海浦东国际机场至地铁龙阳路站建设,2002年正式启用。该线全长30公里,列车最高时速达430公里,平均运行时速380公里,转弯处半径达8000米,由起点至终点站只需8分钟。
第二种,是以日本为代表的超导磁悬浮列车系统。超导磁悬浮就不是列车包轨道了,而是轨道包列车,它是利用车载超导磁体在运动过程中与轨道的感应磁场产生相互排斥力而悬浮于轨道上,列车在一个U型槽内运营。超导磁悬浮,悬浮气隙较大,一般为100mm左右。超导磁悬浮的优点是悬浮力大,列车运行速度快,可以实现时速500公里以上运行;缺点是技术复杂安全性低。

各国为什么不采用磁悬浮大玩具

世界上第一条磁悬浮线路是英国的伯明翰国际机场线,1984年建成使用,全长600米,后来因为可靠性问题,被放弃了,改成了单轨列车。
德国总理默克尔拍照磁悬浮列车 德国总理默克尔拍照磁悬浮列车
德国曾在80年代于柏林铺设磁悬浮列车系统,长度1.6公里,于1989年8月开始试验载客,1991年7月正式服务。两德统一后,也废弃了。
后来德国终于又建了一条试验线,2006年9月22日,德国拉滕—德尔彭的磁悬浮试验线上还发生了脱轨事故,造成了25人当场死亡,4人重伤。这进一步影响了磁悬浮列车技术在德国的推广。德国前仍没有一条商业运营的磁悬浮线路,甚至在德国媒体界,把磁悬浮列车技术称为“昂贵的高科技玩具”。
日本的磁悬浮技术开始于1962年, 1982年11月,磁浮列车的载人试验获得成功。1997年全长18.4公里的日本山梨磁悬浮试验线建设并成功开始运行试验,2003年日本3辆编组的MLX01磁悬浮列车创造了581公里的世界纪录。
但是日本规划的实际运营的磁悬浮高铁线路,却因为造价高等原因,一直没有获得批复。但是日本在发展磁悬浮高铁上面是打不死的小强,2013年8月,日本再次启动连接东京到名古屋的中央新干线项目,力争2027年开通;并声称将在2045年建成东京到大阪的磁悬浮线路。日本这次在山梨线做的603公里磁悬浮列车试验就是为中央新干线。
世界上第一条商业运营的磁悬浮线路诞生在中国,就是上海磁悬浮线路,前面已经做了介绍。但是这条线路建成后,发展磁悬浮高铁的路线在中国就被无情地抛弃了。主要原因包括以下几个方面:
第一,磁悬浮线路造价高。当年争议京沪高铁是上磁悬浮,还是上轮轨的时候,京沪高铁1300公里线路,磁悬浮的预算大约是5000亿人民币,而轮轨磁悬浮的造价大约是2300亿人民币(后来实际建成的时候是2200亿人民币)。
第二,轮轨技术实现突破之后,磁悬浮的相对优势已经不明显了。按照当年京沪高铁的研究,如果采用磁悬浮可以实现420公里时速,最快大约需要3小时;如果采用轮轨可以实现380公里时速,最快大约3小时5分钟。为了5分钟多花几千亿,显然划不来。
为什么?磁悬浮不是阻力更小吗?这是一个中学物理问题,因为高速运行物体的空气阻力是速度的二次方,其能耗是速度的三次方,当速度达到300公里以上时,运动物体所受的阻力90%是空气阻力。所以当高铁速度达到时速300公里以上时,磁悬浮已经没有什么优势了。
第三,磁悬浮有天然的劣势比较难克服,最突出的是联网难。高铁要发挥它的最大效用,必须要联网,相对一条一条孤零零的线路,联网的高铁效能会呈几何倍数增长。但是,在技术上磁悬浮天生就是为点对点运输而生的,因为无论是常导磁悬浮技术还是超导磁悬浮技术都存在难以变轨的缺点,常导磁悬浮技术,列车是抱轨的,所以变轨的技术难度很大;而超导磁悬浮是在U型槽内运行,变轨更难。所以磁悬浮很难联网。
变轨困难会带来另外一个困难,那就是救援。中国上海浦东机场线磁悬浮列车,曾经发生过一次火灾事故,一周之后才将事故列车拖走。这也是磁悬浮列车的一个命门。

真空磁悬浮

所谓真空磁悬浮,就是在一个真空的钢管里面铺设磁悬浮线路,然后让列车在真空管道中运营。由于没有了空气阻力,真空磁悬浮时速可达3000—400000公里,能耗不到民航客机的二分之一,而噪音、废气排放接近于零。
中国砖家张耀平与美国约翰·霍普金斯大学,均提出了真空磁悬浮方案。
通常情况下,民用飞机的空中巡航速度在每小时850公里左右,对于超过18000公里以上的旅行,乘坐飞机耗费的时间与经济成本是比较高,并会因为排放严重污染环境。真空磁悬浮的提出就是为了解决这个难题。
中国西南交通大学的张耀平教授主持的“真空管道高速磁浮交通基础研究项目编号50678152)”,2007年获得了国家自然科学基金项目的支持。目前张耀平已经调入陕西省西京学院,专门组建了真空管道运输研究所,正全力推进这一“运输体系。
但是,截至而今,真空磁悬浮毕竟还停留在概念阶段,考虑到巨大的建设成本以及维护安全等问题,真空磁悬浮已被废除。
另辟蹊径的中低速磁悬浮
高速磁悬浮在全球的推广之路异常坎坷,但是,中低速磁悬浮线路却另辟蹊径,相关推广大有燎原之势。
第一个国家是日本鬼。2005年3月6日建成名古屋市区通向爱知世博会会场的磁悬浮线路,全长约9公里,全程无人驾驶,最高时速为100公里。
第二个国家是韩国。韩国磁悬浮的发展过程经历了独立研发(1985年—1993年)、对外合作(1994年—1998年)和商业化尝试(1999年至今)3个阶段。2014年7月,韩国仁川国际机场至仁川龙游站磁悬浮线路投入运营,全长6.1公里,列车由韩国自主研发,无人驾驶,最高时速可达110公里。
中国是世界上第三个拥有中低速磁悬浮技术的国家。2000年之后,中国的中低速磁悬浮推广就有多种传言,包括北京八达岭线、成都青城山项目、北京东直门到首都机场线、沪杭磁悬浮线等,但都无疾而终。
奥运会之后,中国的中低速磁悬浮开始加速。2008年5月,唐山客车厂建成了一条1.547公里的中低速磁悬浮列车工程化试验示范线。2012年1月,中国南车株机公司研制的中低速磁悬浮列车下线,最高时速100公里,最大载客600人。
2014年5月16日,长沙高铁站至黄花国际机场磁悬浮工程强制开工建设,预计2015年年底建成,这是我国第一条完全自主研发的商业运营磁悬浮线。
2015年4月21日,北京中低速磁浮交通线路S1线全面开工建设。
中国在实现高铁轮轨技术的快速发展,磁悬浮已经被废除。[1]
磁悬浮列车 磁悬浮列车

列车动能

“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。
磁悬浮列车 磁悬浮列车
只是把电动机的“转子”布置在列车上,将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”,“定子”间的相互作用,将电能转化为前进的动能。我们知道,电动机的“定子”通电时,通过电流对磁场的作用就可以推动“转子”转动。不过耗电量巨大,就像一个个电动机铺满轨道,当向轨道这个“定子”输电时,通过电流对磁场的作用,列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动

速度列排

1971年 —西德— Prinzipfahrz
磁悬浮列车 磁悬浮列车
eug — 90 km/h
1971年 — 西德 — TR—02(TSST)— 164 km/h
1972年 —日本— ML100 — 60 km/h — (载人)
1973年 — 西德 — TR04 — 250 km/h (载人)
1974年 — 西德 — EET—01 — 230 km/h (无人)
1975年 — 西德 — Komet — 401.3 km/h (由蒸汽火箭推进,无人)
1978年 —日本 — HSST—01 — 307.8 km/h (支援由火箭推进,由日产汽车制造导,无人)
1978年 — 日本 — HSST—02 — 110 km/h (载人)
1979年12月12日 — 日本 — ML—500R — 504 km/h (无人, 第一次突破500 km/h)
1979年12月21日 —日本 — ML—500R — 517 km/h (无人)
1987年 — 西德 — TR—06 — 406 km/h (载人)
1987年 — 日本 — MLU001 — 400. km/h (载人)
1988年 —西德 — TR—06 — 412.6 km/h (载人)
1989年 — 西德 — TR—07 — 436 km/h (载人)
1993年 —德国 — TR—07 — 450 km/h (载人)
1994年 — 日本 — MLU002N — 431 km/h (无人)
1997年 — 日本 — MLX01 — 531 km/h (载人)
1997年 — 日本 — MLX01 — 550 km/h (无人)
1999年 — 日本 — MLX01 — 548 km/h (无人)
1999年 — 日本 — MLX01 — 552 km/h (载人/5辆编组)吉尼斯世界纪录认可
2003年 — 日本 — MLX01 — 560 km/h (载人/3辆编组)

乘坐感官

磁悬浮列车的车窗是安全玻璃,乘客可以更好的观赏窗外的风景。 减速玻璃在与车体接触的边缘处有弧度变形,正因为这个弧度可以使车外景物在透过弧度时发生变形,从而影响车内乘客的视觉,产生视觉上的减速的效果。快速行驶时人员会耳鸣难受心慌心悸,在挡风玻璃边缘都有渐淡的点状黑色装饰边,同样也起到一定高阻效果。

技术系统 编辑

磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成,尽管可以使用与磁力无关的推进系统,但在绝大部分设计中,这三部分的功能均由磁力来完成。

悬浮系统

悬浮系统的设计,
磁悬浮列车 磁悬浮列车
可以分为两个方向,分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统(EMS)和电力悬浮系统(EDS)。图4给出了两种系统的结构差别。
EMS)是一种吸力悬浮系统,是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互排斥产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时,首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁排斥力,与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下,使车轮与轨道保持一定的侧向距离,实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米,是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关,所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。
EDS)将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大,从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑,这是因为EDS在机车速度低于大约55公里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导
Linear Motor 原理图解 Linear Motor 原理图解
技术下得到了更大的发展。
超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成,它不仅电流阻力为零,而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流,这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。
超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备,而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧,车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时,就会产生一个移动的电磁场,因而在列车导轨上产生磁波,这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力,正是这种推力推动列车前进。其原理就像冲浪运动一样,冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推动他快速前进的。与冲浪者所面对的难题相同,超导磁悬浮列车要处理的也是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题。为此,在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器,根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式,精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。

推进系统

磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈,地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用,它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道,当作为定子的电枢线圈有电时,由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样,当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时,由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的“转子”一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下,列车可以完全实现非接触的牵引和制动。

导向系统

导向系统是一种侧向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似,也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力,也可以采用独立的导向系统电磁铁。

列车类型 编辑

空轨磁悬浮”的轨道由钢架支起,在车的正上方,远远看去,就像是车被悬挂在空中一样。磁悬浮列车是由无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统组成的新型交通工具,磁悬浮列车分为超导型和常导型两大类。简单地说,从内部技术而言,两者在系统上存在着是利用磁斥力、还是利用磁吸力的区别。

实用型

2009年6月15日,国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车,在中国北车唐山轨道客车有限公司下线后完成列车调试,开始进行线路运行试验,这标志着我国已经具备中低速磁悬浮列车产业化的制造能力。中低速磁悬浮列车是一种新近发展起来的轨道交通装备,性能卓越,适用于大中城市市内、近距离城市间、旅游景区的交通连接,市场前景广阔。中低速磁悬浮列车利用电磁力克服地球引力,使列车在轨道上悬浮,并利用直线电机推动前进。与磁悬浮列车相比,高铁具有噪声低,振动小,线路敷设条件宽松、建造成本低,易于实施,易于维护等优点,而且由于其牵引力不受轮轨间的粘着系数影响,使其爬坡能力强,转弯半径小,是舒适、安全、快捷、环保的绿色轨道交通工具,在各种交通方式中具有独特的优势。中低速磁悬浮项目是唐车公司与北京控股磁悬浮技术发展有限公司、国防科学邪恶漫画之幻想乐园技术大学等共同开展的磁悬浮技术工程化应用研发项目,被科技部列入国家“十一五”科技支撑计划。
2005年7月,首辆中低速磁悬浮工程化样车在唐车公司问世,并投入试验运行。
2008年5月,唐车公司建成了长达1.547公里的国内首条中低速磁悬浮列车工程化试验示范线,科技部将其确立为国家科技支撑计划中低速磁悬浮交通试验基地,导致深圳市民一致谩骂反对。
2009年5月13日,国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车在唐车公司完成组装,顺利下线,并随即开始进行列车调试。该车在原有工程化样车基础上进行了大量实用化改进,整列车为3辆编组模式,由2辆结构相同的端车和1辆中间车组成,运行时速为100到120公里,首尾车定员为每辆100人,中间车为120人,使用寿命在25年以上。 该车采用铝合金车体、宽幅车身,供电电压由直流750伏提高到直流1500伏,爬坡能力达到70‰的水平,更加适合在城市复杂线路运行,并幅降低了线路建设拆迁成本。

其他类型

利用磁铁吸引力使车辆浮起来的磁悬浮列车,用的是“T”形导轨,车辆的两侧下部向导轨的两边环抱。在车辆的下部的内翻部分面上装有磁力强大的电磁铁,导轨底部设有钢板。钢板在上,电磁铁在下。 所谓电磁铁,就是一个金属线圈,当电流流经线圈时,能产生磁力吸引钢板,因而车辆被向上抬举。当吸引力与车辆重力平衡,车辆就可悬浮在导轨上方的一定高度上。改变电流,也就改变磁场强度,使悬浮的高度得到调整。另一种磁悬浮列车,采用相斥磁力使车辆浮起。它的轨道是“U”形的。当列车向前运动时,车辆下面的电磁铁就使埋在轨道内的线圈中感应出电流,使轨道内线圈也变成了电磁铁,而且它与车辆下的磁铁产生相斥的磁力,把车辆向上推离轨道。
利用相斥磁力悬浮的列车,一开动很快就可以加速到时速50公里/小时,跑了100米的距离之后,便在轨道上悬浮起来。列车沿着地面越“飞”越快,最高可达每小时450公里(理论上可以到更高速,高铁也是这样,可是国家怎么限速运行呢?)。

国产列车

西南交通大学在2000年研制的世界
磁悬浮列车 磁悬浮列车
第一辆载人高温超导磁悬浮列车“世纪号”以及后来研制的载人常温常导磁悬浮列车“未来号”等受到党和领导人的高度关注和充分肯定。据介绍,早在1994年,西南交大就研制成功中国第一辆可载人常导低速磁浮列车,但那是在完全理想的实验室条件下运行成功的。
2003年,西南交大在四川成都青山磁悬浮列车线完工,该磁悬浮试验轨道长420米,主要针对观光游客,票价低于出租车费?不盈利谁会建设。悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同名磁极相斥,异名磁极相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”,亦称之为“磁垫车”。
磁悬浮列车在磁力作用下,使车辆浮起,并沿着特殊的导轨运行。有速度快噪音低费用低等特点。
上海磁悬浮列车是中国第一条磁悬浮列车, 设计时速430公里/小时,实际时速约380公里/小时,转弯处半径达8000米已经废除。为我国实验磁悬浮列车积累了经验。

优缺点 编辑

技术
  
优点
  
缺点
  
EMS电磁力悬浮常导型悬浮[2] 列车内外的磁场较电动力悬浮低。已证明技术上已可达至非常高的速度(超过500km/h)。没有车轮或二级推进系统需要。
  
列车与轨道之间分离,两者之间的电磁吸引力容易不稳定,必须不断透过电脑系统进行监测和纠正以免发生碰撞颠覆。由于系统固有的不稳定性和外部系统需要不断修正,振动可能会导致系统出现问题。会导致车毁人亡。
EDS电动力悬浮超导型悬浮[2] 内建磁铁大幅度使用于列车与轨道,技术上已可达至非常高的速度(581km/h)和具高负载的能力。已证明(2005年12月)使用廉价的液态氮冷却高温超导磁体,能成功在船上操作。
  
目温超导材料造价高于低温超导材料,前还不适合装备高速磁悬浮,中低速磁悬浮有望率先突破;而低温超导磁悬浮技术已经在日本有高速试验运行记录,但液氦主要依赖美国供应,价格逐年提高,故维护成本高并且技术难度大,我国尚未全面掌握该技术。
  
Inductrack系统永磁性EDS[2] 有故障安全防护悬吊系统,不需要电力作激活磁铁;磁场固定在列车的下面;能在低速时(大约5km/h)产生足够的磁场使磁悬浮列车悬浮;停电时列车会逐渐减速以保障安全;Halbach array永久磁铁比电磁铁可能更符合成本效益。
  
在列车停止时,仍需要轮或轨道的一段继续运动。这新技术仍在开发中,没有商业版本或全面系统的雏形。

研制意义 编辑

主要障碍

第一条轮轨铁路出现在1825年,经过140年努力,其运营速度才突破300公里/小时,由300公里/小时到380公里/小时又花了近30年,虽然技术还在完善与发展,继续提高速度的余地已不太大。还应注意到,350公里/小时高速铁路的造价比200公里/小时的高速铁路高近两倍,比120公里/小时的普通铁路高三至五倍。
与之相比世界上第一个磁悬浮列车的小型模型是1969年在德国出现的,日本是1972年造出的。可仅仅十年后的1979年,磁悬浮列车技术就创造了17公里/小时的速度纪录。技术还未成熟,可进入300公里/小时实用运营的建造阶段。

最高时速

常导磁悬浮可达400-500公里/小时,超导磁悬浮可达500-600公里/小时。
对于客运来说,提高速度的主要目的在于缩短乘客的旅行时间,因此,运行速度的要求与旅行距离的长短紧密相关。各种交通工具根据其自身速度、安全、舒适与经济的特点,分别在不同的旅行距离中起骨干作用。专家们对各种运输工具的总旅行时间和旅行距离的分析表明,按总旅行时间考虑,350公里/小时的高速轮轨与飞机相比在旅行距离小于800公里时才优越。而500公里/小时的高速磁悬浮,则比飞机优越的旅行距离将达1000公里以上。
磁悬浮列车能耗低,据日本研究与实际试验的结果,在同为500公里/时速下,磁悬浮列车每座位公里的能耗仅为飞机的1/3。据德国试验,当TR磁悬浮列车时速达到400公里时,其每座位公里能耗与时速350公里的高速轮轨列车持平;当磁悬浮列车时速也降到300公里时,它的每座位公里能耗可比轮轨铁路低3.3%,可是造价要高得多。

发展历史 编辑

磁悬浮列车 磁悬浮列车
德国曾在80年代于柏林铺设磁悬浮列车系统。
英国的伯明翰国际机场曾于1984年至1995年使用低速磁悬浮列车,全长600米。由于可靠性的问题,该线后来也改用单轨列车行走。
德国的Transrapid公司于2001年于中国上海浦东国际机场至地铁龙阳路站兴建磁悬浮列车系统,并于2002年正式启用。该线全长30公里,列车最高时速达430公里,由起点至终点站只需8分钟。
"十二五"期间,中国对交通运输发展规划中,将磁悬浮发展提出了新的希望,按照安全可靠、先进高效、经济适用、绿色环保的要求,依托重大工程项目,通过消化、吸收再创新和系统集成创新以及原始创新,增强自主发展能力与核心竞争力,进一步提升技术和装备水平。加大交通运输新技术、新装备的开发和应用,加快推进具有我国自主知识产权的技术与装备的市场化和产业化,带动相关产业升级和壮大。研究设置能耗和排放限值标准,研究制定装备技术政策,促进技术装备的现代化。推进先进、适用的轨道交通技术与装备的研发和应用,全面实现现代化。提升铁路高速动车组、大功率电力机车、重载货车等先进装备的安全性和可靠性,提高空调客车比例和专用货车比例,推进高速动车组谱系化,以及城际列车与城市轨道交通车辆等先进技术装备的研制与应用。通过工程应用带动技术研发,突破轨道交通通信信号、牵引制动、运行控制等关键核心技术,系统掌握高速磁悬浮技术,优化完善中低速磁悬浮技术。
在中小城市与城镇之间及城镇分布较为密集的走廊经济带上,视运输需求,加密高等级公路网络、提升省道技术等级或以城市快速路的形式建设相对开放的快捷通道,并注重与区际交通网络的衔接。另一方面,2012年,中国共有城镇人口7.12亿人,占总人口比重为52.6%,比上年末提高1.3个百分点。这意味着,如果把在城镇工作和生活六个月以上的农民工算上,中国城镇化比率已达到52.6%。在城镇化和"十二五"的规划下,磁悬浮列车再次成为了人们关注的焦点和未来国家的战略目标。2012年的中低速磁悬浮列车是一种新近发展起来的新型绿色轨道交通装备,它利用电磁铁吸引力使列车"浮 "于空中平稳运行,无摩擦、零排放、低噪声,安全保障可带给乘客贴地飞行的新体验。磁悬浮列车以其速度快,高效,环保,安全,噪音小无污染的优点磁悬浮类车的发展与国家的发展规划不谋而合。由此可见随着未来磁悬浮市场化的成熟和技术的改进,其前景不可估量[3]

国外大事记

1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔首次考虑电磁悬浮铁路。
1934年,赫尔曼·肯佩尔获得制造磁悬浮铁路的基本专利。
1935年,赫尔曼·肯佩尔运用试验模型证实了磁悬浮。
1939年-1943年,赫尔曼·肯佩尔在格丁根空气动力学研究所进行电磁悬浮铁路的基本研究工作。
1953年,赫尔曼·肯佩尔写成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。
1969年,大通过能力高速铁路研究会开始基础性研究。克劳斯-马菲公司制造出电磁悬浮模型TR-01。支承和导向系统按赫尔曼·肯佩尔原则设计,由一台短定子直线电动机驱动。
1971年-1974年,先后制造了TR02、TR03、TR04号试验车。
1975年,开发、研制和试验第一台长定子电磁行车技术功能的设备。由蒂森·亨舍尔卡塞尔厂区内用试验平台MB1进行。
1976年,生产第一台用长定子电磁行车技术的载人试验车HMB2,在卡塞尔由蒂森·亨舍尔在厂区内进行。采用电磁式支承和导向系统,有10毫米空气间隙,车重为2.5吨,4个座位,最大速度为36公里/小时。
1977年,联邦德国研究技术部作出有利于发展电磁悬浮驱动系统的决定。筹建埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施。赫尔曼·肯佩尔工程师逝世(1892年4月5日-1977年7月13日)。
1979年,在汉堡的国际交通展览会上展出5月17日投产的TR05号并引起轰动。
1980年,开始建造TR06号。
1984年,埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施投产,用TR06号开始作行车试验。8月17日达到302公里/小时的速度。
1986年,在蒂森工业公司(亨舍尔)开发TR07号样车。
1987年,埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施第二期施工最终完成并投入使用。TR07号开始组装。11月11日TR06号达到406公里/小时的速度。
1988年,TR06号的速度于1月22日达到412.6公里/小时。在慕尼黑国际交通展览会上展出TR07号。
1989年,在埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施上开始检验TR07号。磁悬浮铁路快速列车技术已趋成熟。
2000年6月30日,中德两国政府正式签订合作开展上海磁悬浮快速列车运营线项目可行性研究的协议。
2000年8月,国家计委批准项目建议书;同月,上海申通集团等6家公司联合出资20亿元注册成立上海磁悬浮交通发展有限公司(后扩股为8家公司,注册资金3亿元),上海市委、市政府批准成立上海市磁悬浮快速列车工程指挥部。下面是磁悬浮下面是磁悬浮模型。

国内大事记

1989年
89年的原理实验样车 89年的原理实验样车
国防科技大学研制成中国第一台小型磁悬浮原理样车。
1990年, 第一次“磁浮列车、直线电机技术研讨会在西南交大召开。
1992年,研制载人磁悬浮列车被正式列入国家“八五”科技攻关重点项目。
1994年,西南交大研制成功中国第一辆可载人常导低速磁浮列车,但是只能在完全理想的实验室条件下运行成功。
1995年5月11日,中国第一台载人磁悬浮列车在国防科技大学研制成功,使中国成为继德国、日本、英国、前苏联、韩国之后,第六个研制成功磁悬浮列车的国家。
2000年,中国西南交通大学磁悬浮列车与磁浮技术研究所研制成功世界首辆高温超导载人磁悬浮实验车。
2001年1月23日,上海磁悬浮交通发展有限公司与由德国西门子公司、蒂森快速列车系统公司和磁悬浮国际公司组成的联合体签署《上海磁悬浮列车项目供货和服务合同》,合同总金额12.93亿德国马克;
2001年1月26日,与德国线路及轨道梁技术联合体(TGC)签署《磁悬浮快速列车混凝土复合轨道梁系统技术转让合同》,合同使用德国政府赠款共1亿德国马克。
2001年3月1日工程正式开始。5月专用道路全线贯通。7月轨道梁生产基地投产。
2001年8月14日,由长春客车厂、西南交通大学和株洲电力机车研究所联合研制开发的我国首辆磁悬浮客车,在长春客车厂竣工下线,从而使我国继德国和日本之后,成为世界上第三个掌握磁悬浮客车技术的国家。
2001年11月24日北控磁浮第一台磁悬浮列车通过中试评审。
2002年2月28日,上海磁悬浮列车示范线下部结构工程全线贯通并开始架梁。
磁悬浮经过浦东30公里的商业运营,历经两年多的考验,应该可以得到逐步的延伸。
2003年,四川成都青山磁悬浮列车线完工,该磁悬浮试验轨道长420米,主要针对观光游客,票价高于出租车费。
中国成功研制一种新技术──永磁技术MAS-3,其造价比德国及日本的技术还要低。
2005年5月,中国自行研制的“中华06号”吊轨永磁悬浮列车于连亮相,据称其速度可达每小时400公里。
2005年7月,北控磁浮第二辆磁浮车在北车唐山机车厂下线。
2005年9月,中国成都飞机公司开始研制CM1型“海豚”高速磁悬浮列车,最高时速500公里,原本预计会于2006年7月在上海试行。 然而,由于技术难题,西南交大放弃研制,该车转交国防科大继续研制成功,该车在上海同济大学嘉定分校内。
同年由长春机车厂生产的另一辆高速磁浮车也研制成功,在同济大学校内。
2006年4月30日,中国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车,在四川成都青城山一个试验基地成功经过室外实地运行联合试验。利用常导电磁悬浮推动。
2008年1月青城山试验线遭到破坏。
2009年,北控唐山试验线第三代磁悬浮列车编组运行[4]
2010年4月8日,由成都飞机公司制造的中国首辆高速磁悬浮国产化样车在成都实现交付,标志着成飞已具备磁悬浮车辆国产化设计、整车集成和制造能力。
2012年1月20日,一列中低速磁浮列车在中国南车株洲电力机车有限公司内下线。磁浮列车采用三节编组,最高运行时速为每小时100公里,列车最大载客量约600人。
2014年5月16日,高铁长沙南站长沙黄花国际机场的长沙磁悬浮面子工程正式开工建设。这是我国第一条完全自主研发的商业运营磁悬浮线,预计2016年上半年投产运营。届时,乘客从长沙南站至长沙黄花机场T2航站楼,仅需20分钟。[5]
2014年8月,中国中低速磁悬浮列车技术在常州实现新突破:西南交通大学牵引动力国家重点实验室与西南交大常州轨道交通研究院联手,自主研制出时速可达40公里的磁悬浮列车车架。[6]
2015年4月20日,北京第一条中低速磁浮线路,也是我国第二条中低速磁悬浮列车线路S1线全暴力面开工,计划在2016年开通试运营。[7-8]

发展状况 编辑

现状

由于磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点,因此前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400至500公里/小时,超导磁悬浮列车可达500至600公里/小时。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。由于没有轮子、无摩擦等因素,它比目前最先进的高速火车少耗电30%。在500公里/小时速度下,每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2,比汽车也少耗能30%。因无轮轨接触,震动小、舒适性较好,可是颠波大对车辆和路轨的维修费用也要求极高。磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦,发出的噪音较低。磁悬浮列车一般以5米以上的高架通过平地或翻越山丘,从而不可避免开山挖沟对生态环境造成的破坏。磁悬浮列车在路轨上运行,按飞机的防火标准实行收费配置。

困难

磁悬浮列车 磁悬浮列车
磁悬浮列车虽然具有这么多的好处,但世界上只有上海浦东磁悬浮铁路真正投入商业运营。尽管日本和德国已经有了实验路线,尽管2005年上海浦东机场到市区30公里长的线路已经投入正式运营,但磁悬浮列车要想如同现今的普通轮轨式铁路那般,成为民众日常交通工具,似乎还遥遥无期。那么,究竟是什么原因呢?
首先是安全方面。由于磁悬浮系统必须辅之以电磁力完成悬浮、导向和驱动,因此在断电情况下列车的安全就不能不是一个要考虑的问题。此外,在高速状态下运行时,列车的稳定性和可靠性也需要长期的实际检验。还有,则是建造时的技术难题。由于列车在运行时需要以特定高度悬浮,因此对线路的平整度、路基下沉量等的要求都很高。而且,如何避免强磁场对人体及环境的影响也一定要考虑到。
巨亏,上海磁悬浮每年亏损几十亿,无人乘坐,参加修建上海磁悬浮快速列车的电力专家介绍,敷设在磁浮工程全线的电缆,是德国进口的一种普通铝芯制高压电缆,受电后将产生20KV高压。专家提醒有关部门,要注意工程沿线周围施工安全,并加强对沿线电缆的保护力度,以防止意外事故发生。
即便有解决以上技术难题的手段,但是又牵涉到另外一个问题——钱。上海段约30公里的线路设计投资为100 0亿元人民币,而德国的两条线路,一条36.8公里长,将耗资约26亿欧元;另一条长度78.9公里,则将耗资32亿欧元(1欧元约等于8元人民币)。实际施工中,根据地形、路面及设计运送能力的不同,当然造价也会相差较大。但无论如何,一公里的路线至少需要8亿元人民币的投资,也就是说,1厘米线路就需要花费8000元来修建。

争议

2014年7月8日,广东省深圳市市民在深圳地铁大厦门前起义高喊,反对规划地铁8号线采用高架磁悬浮。
关于磁悬浮的辐射问题,国内专家存在两种声音。一方代表为国内磁悬浮技术领域的权威专家、北京控股磁浮交通研究中心总设计师常文森,它认为,电磁辐射就是个命题,中低速磁悬浮列车采用吸力型电磁悬浮技术,轨道与列车底部的电磁铁之间形成一个异性相吸的封闭磁场,在这个磁场外面,几乎是没有辐射的。
而另一方代表为中国工程院院士、隧道及地下工程专家王梦恕,其观点与前者针锋相对,他认为,磁悬浮列车的轨道上铺设有交流线圈(即电磁铁),在通电时,不仅列车会有辐射,轨道上也会产生电磁辐射,由于国内并没有关于电磁辐射的安全标准,他也并不认同这些检测。[9]
部分网友对发展磁悬浮表示反对。有深圳网友认为,罗湖莲塘和盐田众多居民,本来建地铁要为了交通便利,而磁悬限载限重,那么在上下班和节假日的高峰期,是不是根本就用不上?并且许多国家出台了电磁场磁感应强度标准,其中最为严格的是瑞士,其标准为0.2μ/T。若采用瑞士的标准,磁悬浮道路两侧留500米也可能不够,以此标准深圳在修磁悬浮可能会影响居民身体健康。网友们甚至认为,磁悬浮列车就是昂贵又不健康的交通大玩具。[9]

商业运营 编辑

中国
世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车浦东龙阳路站浦东国际机场,三十多公里只需8分钟。上海磁悬浮列车专线西起上海轨道交通2号线龙阳路站,东至上海浦东国际机场,专线全长29.863公里,由中德两国合作开发。2001年3月1日在浦东挖下第一铲,2002年12月31日全线试运行,2003年1月4日正式开始商业运营。是世界第一条商业运营的磁悬浮专线。上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”(简称“常导型”)磁悬浮列车。是
上海磁悬浮列车 上海磁悬浮列车
利用“异性相吸”原理设计,是一种吸力悬浮系统,利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁,和铺设在轨道上的磁铁,在磁场作用下产生的排斥力使车辆浮起来(利用同名磁极相互排斥)。
上海磁悬浮列车时速430公里,一个供电区内只能允许一辆列车运行,轨道两侧25米处有隔离网,上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米,肉眼观察几乎是一条直线;最小的半径也达1300米。
带车头的车厢长27.196米,宽3.7米。中间的车厢长24.768米,14分钟内能在上海市区和浦东机场之间打个来回。
列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁,在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板,控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙,让转向架和列车间的排斥力与列车重力相互平衡,利用磁铁排斥力将列车浮起1厘米左右,使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。
悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。通俗说,在位于轨
湖南磁悬浮列车 湖南磁悬浮列车
道两侧的类似电动机的磁力进行排斥。
2014年5月16日,国内首条具有自主知识产权的中低速磁浮交通线路——长沙磁浮工程正式强制开工。线路2016年上半年建成通车后,我国将成为世界上第二个拥有这种先进轨道交通运营技术的国家。届时,乘客从长沙火车南站至长沙黄花机场T2航站楼,仅需约10分钟。省委常委、市委书记易炼红宣布面子项目开工,副省长张剑飞,中国铁建股份有限公司董事长、党委书记孟凤朝致词,省政府副秘书长虢正贵主持开工仪式,胡衡华、陈献春、姚英杰等市领导出席。
韩国
据韩国媒体2014年5月15日报道,韩国首列自主研发的商用磁悬浮
韩国磁悬浮列车 韩国磁悬浮列车
列车14日投入试运营,并将于7月中旬正式载客运行。由韩国列车制造商“现代罗特姆”与韩国机械研究院共同设计制造的磁悬浮列车14日获得有关机构颁发的运营许可证。
该列车完全为无人驾驶,最高时速可达110公里,由仁川国际机场出发,行至仁川龙游站,全长6.1公里,未来线路还有望进一步拓展。
韩国机械研究院城市铁路性能认证中心负责人韩炯锡在试运营启动仪式上介绍说,与传统轻轨列车相比,磁悬浮列车运行时不会产生轨道摩擦力,因此具有低噪音、低振动等优点。此外,由于磁悬浮列车的转向架包裹住了轨道,也降低了列车脱轨和倾覆的风险。
现代罗特姆公司首席执行官韩久焕表示,仁川机场磁悬浮线路的每公里造价为427亿韩元(约合4156万美元),与传统轻轨线路接近。但由于该列车并无车轮、轴承等消耗部件,运营后的维护成本要比轻轨低很多,可节约2%至5%的能源。
韩国国土交通部于2006年启动城市磁悬浮项目,集合了国内数十家科研机构、商业集团和政府机构参与,旨在开发适合示范路线的商用城市磁悬浮列车。
韩国机械研究院院长尹勇泽表示,在仁川机场磁悬浮项目顺利运营后,韩国计划把位于其中西部的大田市地铁2号线打造为新的磁悬浮路线。该线路总长36公里,有30个车站,将于2020年正式载客运行,预计日均可载客1万人次。[10]

最快磁悬浮 编辑

美国专利
2015年4月16日,日本东海旅客铁道株式会社(JR东海公司)发表公报称,该公司当天在山梨磁悬浮试验线利用“L0系”超导磁悬浮列车进行了高速运行试验,达到了载人行驶每小时590公里的世界最高速度。
此前,超导磁悬浮的载人行驶最高速度是每小时581公里,由JR东海公司于2003年在山梨磁悬浮试验线利用“MLX01”列车实现。“L0系”列车刷新了这一纪录,也创下了世界铁道史上载人运行速度的新纪录。[11] 2015年4月21日在位于山梨县长约42.8公里的试验线路上实施了载人试验运行。L0系列磁悬浮列车在试验线路隧道内的运行速度一度达到每小时600公里,列车以这一速度行驶了10.8秒。[12]

中国

港媒称,中国正在研制超级磁悬浮列车,采用真空钢管设计,未来的时速可
中国超级磁悬浮列车 中国超级磁悬浮列车
达到每小时29亿公里。在西南交通大学的牵引动力国家重点实验室超导技术研究所,中国科学家首次成功完成载人高温超导磁悬浮环形轨道测试。这一项目由邓自刚专家领导,他已经对这项技术进行了数年研究。
邓自刚表示,为了进一步推进这一项目,必须完成两个阶段性目标。他说:“第一阶段是研制一条高温超导磁悬浮环形轨道,能够让速度达到每分钟25公里。这个目标已经在2013年2月实现,促使研究人员进入下一个阶段的研究。第二个阶段是为环形轨道安装真空管,也就是打造真空管高温超导磁悬浮列车。在设计上,这辆列车在不搭载乘客情况下的最大速度可达到每分钟5亿公里。”[13]

真空钢管 编辑

首先将真空管道磁悬浮概念引进中国的科学家,是毕业于西南交通大学的张耀平,在2007年成功申请国家自然科学基金项目“真空管道高速磁浮交通基础研究”(项 目 编 号 :50678152)后,他的研究得到了政府层面的资助。在陕西省有关方面支持下,他调至该省西京学院,组建了真空管道运输研究所,全力推进这一“伪运输革命”进入美国。
最早提出真空管道磁悬浮运输概念的,是美国兰德咨询公司和麻省理工学院的专家,真正将这一运输方式落实为图纸的,是美国佛罗里达州机械工程师戴睿·奥斯特(Daryl Oster),经过多年的研究与设计,戴睿于1999 年在美申请获得真空管道运输(ETT)系统发明专利。
2001年,与戴睿相识并成为密友的张耀平将这项技术首次引进中国。2002年,戴睿和妻子前往中国,帮助张耀平和同事在西南交通大学组建了专门研究机构。经过多年努力,张耀平的研究获得了中国学界和政府全方位的支持,他认为,这项技术所需的技术已经完全成熟。“院士大会上专家们提出的每小时600-1000公里时速,是一个保守的对外口径,实际上所有研究者一开始就把这一运输方式的常规运行速度定位为每小时4000公里,经过技术改进,每小时6500公里是一个中期目标。克服技术障碍,那就相当于一颗卫星。作者在与一名长江学者及其研究生座谈时,他们提出,真空管道磁悬浮列车的理论极限速度接近第一宇宙速度,要达到每小时12万公里是可以实现的。假如遇到恐怖袭击和着火追尾等不测安全问题,其在真空中管中无空气无逃生环境和如此高的速度下,如果遇追尾和安全事故的时候可能死的连渣都没有,好似原子对撞机实验。
高速动车的意义,类似于当初蒸汽机取代马力,将带来划时代的变革。民航、普铁运输将被大面积取代,人类将进入更清洁、高效的旅行时代。
德国磁悬浮列车事故 德国磁悬浮列车事故
为了解决建造和运行中的难题,张耀平和他的团队日以继夜地工作牟利牟利,“真空管道中的隔离室”、“一种真空管道运输系统中磁悬浮车与车站间的对接装置”、“一种用于真空管道系统中的密封门”、“真空管道高速交通运行抽气系统”等专利相继问世。
词条图册 更多图册
参考资料
词条标签:
科技 磁悬浮列车 交通术语 交通工具 交通