磁懸浮列車系統(tǒng)的研究

磁懸浮列車系統(tǒng)的研究

1995年舉行的國際鐵路會(huì)議預(yù)測，到20世紀(jì)末，德國、日本和法國的高鐵運(yùn)營速度將達(dá)到360公里。然而,普通輪軌列車高速行駛時(shí),車輪與軌道的接觸阻力大大增加。據(jù)科學(xué)計(jì)算,輪軌列車最大時(shí)速約為380公里,如果考慮到空氣阻力、輪軌磨損等因素,實(shí)際速度尚不可能達(dá)到這一最大時(shí)速。因此,要使列車在如此高速下行駛,傳統(tǒng)的輪軌列車已經(jīng)無能為力。為此,科學(xué)家們設(shè)計(jì)了靠巨大的電磁力(吸引力或排斥力)將列車浮起,并由直線感應(yīng)電機(jī)推動(dòng)前進(jìn)的磁懸浮(magneticlevitation縮寫作Maglev)列車。這樣,除空氣摩擦阻力外,它沒有傳統(tǒng)的輪軌摩擦阻力,因此能達(dá)到傳統(tǒng)陸地交通工具前所未有的運(yùn)行速度(約500公里/小時(shí)),且具有乘坐平穩(wěn)、舒適、使用壽命長、爬坡能力強(qiáng)、對周圍環(huán)境噪聲影響小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),在相同運(yùn)行速度下,它相對于高速輪軌列車能耗減少達(dá)20~40%,土地占用量節(jié)省12~44%,并且具有較低的運(yùn)行費(fèi)和維修費(fèi)等優(yōu)點(diǎn),特別適合于解決土地面積有限、人口多、交通緊張的地區(qū)、城郊和城市間的交通運(yùn)輸問題。磁懸浮列車按懸浮方式可分為兩類:一類是EMS(ElectromagneticSystem),即常導(dǎo)型磁懸浮列車系統(tǒng),以德國高速常導(dǎo)磁懸浮列車TransRapid為代表。它利用常規(guī)的電磁鐵與鐵磁軌道相吸引的原理,由安裝在列車車體底部的常規(guī)電磁體與位于電磁體上方的導(dǎo)磁軌道間的吸引力實(shí)現(xiàn)懸浮。常導(dǎo)磁吸型技術(shù)較簡單,產(chǎn)生的電磁吸引力較小,懸浮的氣隙較小,一般為8mm~10mm。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車的速度可達(dá)400km/h~500km/h,適合于城市間的長距離快速運(yùn)輸;另一類是EDS(ElectrodynamicSystem),即超導(dǎo)型磁懸浮列車系統(tǒng),以日本MLU為代表。它是利用車載超導(dǎo)磁體在運(yùn)動(dòng)過程中與軌道的感應(yīng)磁場產(chǎn)生相互排斥力而懸浮于軌道上,懸浮氣隙較大,一般為100mm左右,技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜,并需屏蔽發(fā)散的電磁場,超導(dǎo)型磁懸浮列車速度可達(dá)500km/h以上。磁懸浮列車是自蒸汽機(jī)車問世以來鐵路技術(shù)最根本的突破,其理論準(zhǔn)備已有很長的歷史。1922年德國工程師赫爾曼·肯佩爾首次提出電磁懸浮列車,1934年申請了磁懸浮鐵道基本專利(1934年8月14日德國國家專利643316),1953年纂寫了學(xué)術(shù)報(bào)告《電磁懸浮導(dǎo)向的電力驅(qū)動(dòng)鐵路機(jī)車車輛》。進(jìn)入20世紀(jì)70年代以后,隨著世界工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)實(shí)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、日、美、加等發(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)。目前,在磁懸浮列車研制中處于領(lǐng)先地位的是德國和日本,前者致力于開發(fā)高速EMS磁懸浮列車,以TR為代表車型;后者既著力于以MLU為代表車型的高速EDS磁懸浮列車的研究,也發(fā)展適合城市軌道交通的低速EMS磁懸浮列車。下面就各主要國家對磁懸浮列車的研究情況作簡要介紹:1934年,獲磁浮鐵道基本專利(德國專利643316號,1934年8月)。日本于1962年開始研究常導(dǎo)磁懸浮列車。此后由于超導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展,從20世紀(jì)70年代初開始轉(zhuǎn)而研究超導(dǎo)磁懸浮列車。1982年11月,磁懸浮列車的載人試驗(yàn)獲得成功。1995年,載人磁浮列車試驗(yàn)時(shí)的最高時(shí)速達(dá)到411公里。德國對磁懸浮鐵路的研究始于1968年。研究初期,常導(dǎo)和超導(dǎo)并重,到1977年,先后分別研制出常導(dǎo)電磁鐵吸引式和超導(dǎo)電磁鐵相斥式試驗(yàn)車輛,試驗(yàn)時(shí)的最高時(shí)速達(dá)到400公里。目前,德國在常導(dǎo)磁懸浮鐵路研究方面的技術(shù)已趨成熟。相對日本和德國,英國對磁浮鐵路的研究起步較晚,開始于1973年。但是,英國是最早將磁浮鐵路投入商業(yè)運(yùn)營的國家。1984年4月,伯明翰機(jī)場至英特納雄納爾車站之間的磁浮鐵路正式通車營業(yè)。令人遺憾的是,在1995年,一度是世界上惟一商業(yè)運(yùn)營的磁浮列車線在運(yùn)行了11年之后被宣布停止?fàn)I業(yè)。為了掌握磁懸浮技術(shù),研制開發(fā)磁懸浮列車這一新型高效的交通工具,我國早在20世紀(jì)80年代初期就開始了磁懸浮列車的相關(guān)研究。出于實(shí)際情況考慮,我國的磁懸浮列車主要采用常導(dǎo)型技術(shù)。1992年國家正式將磁懸浮列車關(guān)鍵技術(shù)研究列入“八五”攻關(guān)計(jì)劃,成立了磁懸浮列車“八五”攻關(guān)課題組。經(jīng)過鐵道部科學(xué)院、西南交通大學(xué)、國防科技大學(xué)、中科院電工所等單位對常導(dǎo)低速磁懸浮列車的懸浮、導(dǎo)向、推進(jìn)等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)性研究,目前已初步掌握了常導(dǎo)低速磁懸浮穩(wěn)定懸浮的控制技術(shù)。1989年,國防科技大學(xué)成功研制出我國第一臺(tái)磁懸浮列車實(shí)驗(yàn)樣車。1994年,西南交通大學(xué)成功地進(jìn)行了4個(gè)座位、自重4噸、懸浮高度為8毫米、時(shí)速為30公里的磁懸浮列車試驗(yàn)。1995年,國防科技大學(xué)在株洲電力機(jī)車研究所的支持下,花了90萬元研制成1臺(tái)磁轉(zhuǎn)向架,首次實(shí)現(xiàn)了全尺寸單轉(zhuǎn)向架的載人運(yùn)行。4個(gè)磁轉(zhuǎn)向架可承載1輛14m長的磁懸浮車。1996年,由鐵科院主持,長春客車廠、中科院電工所、國防科技大學(xué)參加共同研制的設(shè)計(jì)時(shí)速為100公里,長6.5米、寬3米、重4噸、內(nèi)設(shè)15個(gè)座位單轉(zhuǎn)向架磁懸浮試驗(yàn)車在鐵科院的軌距2米、長36米的環(huán)行試驗(yàn)線上成功地進(jìn)行了試驗(yàn),并于1998年12月通過了鐵道部科技成果鑒定。2001年9月,我國第一條長204米,包括一段100米半徑彎道和千分之四的坡度的中低速磁懸浮列車試驗(yàn)線在國防科技大學(xué)建成。該磁懸浮列車車廂長15米,可載客130人,設(shè)計(jì)時(shí)速150公里。2002年12月31日,世界上第一條磁懸浮列車商業(yè)運(yùn)營線:上海磁懸浮列車線開始運(yùn)營。上海磁懸浮列車運(yùn)營線西起軌道交通二號線龍陽路站,東至浦東國際機(jī)場,全長30公里,雙線折返運(yùn)行,設(shè)計(jì)最高時(shí)速和運(yùn)行最高時(shí)速分別為505公里和430公里。2004年10月22日,由大連永磁懸浮課題組首席科學(xué)家李嶺群領(lǐng)銜的大連磁谷科技研究所有限公司成功研制出我國首輛擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的磁懸浮樣車-“中華01號”磁懸浮技術(shù)試驗(yàn)車。該磁懸浮技術(shù)試驗(yàn)車車長10.3米,寬3.12米,高2.86米,設(shè)計(jì)載客32人,最高時(shí)速110公里,是專為城市公交運(yùn)輸設(shè)計(jì)的低速磁懸浮列車。2005年5月11日,繼“中華01號”磁懸浮技術(shù)試驗(yàn)車成功運(yùn)行后,大連磁谷科技研究所有