零高度飞行安全保障上海磁悬浮制动技术创新的研究.ppt

零高度飞行的安全保障 对上海磁悬浮制动技术创新的研究 磁浮列车发展概况二 磁浮列车安全问题及制动系统简介三 上海磁悬浮列车混合制动系统介绍和认识四 上海磁悬浮列车制动系统的不足五 上海磁悬浮列车制动系统的改进想法六 对磁悬浮发展的展望 讲解内容 1922年 德国人赫尔曼肯佩尔提出了电磁浮原理 并在1934年获得世界上第一项有关磁浮技术的专利 1962年 日本就开始研究常导磁浮技术 1971年8月 建成transrapid04型常导磁悬浮列车 采用短定子直线电机 可乘坐20人 在2400m长的线路上 达到200km h的速度 1976年 thyssenhenschel公司在hmb2号试验线上进行了载人长定子试验车的运行 1979年 汉堡国际交通博览会 展出了一段900米长的tr磁浮铁路示范线 1991年12月 transrapid成为世界上首次进入技术应用成熟阶段的磁浮高速铁路系统 1993年 tr07型磁浮列车在tve试验最高速度达到450km h 2002年12月31日 经过中德两国专家两年多的设计 建设 调试 上海磁浮运营线终于呈现在世界的面前 一 磁悬浮列车的发展状况 二 磁悬浮列车安全问题及制动系统简介 9月23日在德国西北部小镇拉滕发生磁悬浮列车撞车事故 德国磁悬浮列车撞车事故调查人员23日晚说 根据掌握的信息 磁悬浮列车调度中心事发时应该知道磁悬浮线路上有一辆服务机车 磁悬浮列车不应该获准发车 22日早晨 一列无人驾驶的磁悬浮列车在下萨克森州西北部小镇拉滕与一台服务机车相撞 造成磁悬浮列车上23人死亡 另有10人受重伤 王梦恕 磁悬浮列车不具备 安全 可靠 适用 经济 四项指标的严格要求 又不能形成交通路网 更谈不上运输调配以方便乘客 我认为不适于引入城市交通 确切地说 只能在特定的地区 作为一种 交通玩具 起到技术展示的功能 在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的 因为列车要从动量很大降到静止 要克服很大的惯性力 只有通过轮子与轨道的制动力来克服 磁悬浮列车没有轮子 如果突然停电 靠滑动磨擦是很危险的 此外 磁悬浮列车又是高架的 发生事故时在5米高处救援很困难 没有轮子 拖出事故现场困难 若区间停电 其他车辆 吊机也很难靠近 我认为交通工具的安全性是第一位的 王梦恕院士 获国家科技进步特等奖1次 二等奖2次 三等奖1次 铁道部科技进步特等奖1次 二等奖5次 由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮 导向和驱动功能的 断电后磁悬浮的安全保障措施 尤其是列车停电后的制动问题是上海磁悬浮解决的首要问题 特别是常导磁悬浮技术 由于悬浮高度较低 因此对线路的平整度 路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术非常高 虽然有德国的磁悬浮事故 有专家学者的反对 但对于拥有顶级制动控制系统的上海磁悬浮列车来说 安全系数是极高的 目前世界上成熟的磁悬浮制动系统分为 1 盘形制动系统 2 电阻制动系统 3 再生制动系统 4 油压制动系统 5 轨道涡流制动系统 盘形制动是通过在车轴或车轮的辅板侧面安装制动盘 利用制动钳夹使闸片紧压制动盘从而摩擦产生制动力 将列车的动能转换为热能耗散掉 由于这种方式制动较为平稳 几乎没有噪声 所以较为适合于高速列车 盘型制动系统 电阻制动系统 电阻制动是在制动时将驱动轮对的牵引电机由电动机状态转变为发电机状态 通过轮对的带动使发电机发电 再将产生的电流通往专门设置的电阻器 利用电阻器将列车的动能转化为热能并耗散掉 从而产生制动的作用 再生制动系统 这种制动方式和电阻制动很相似 也是将牵引电机的状态由电动转变为发电 但是 二者不同之处在于 电阻制动是将能量转化并耗散掉 而再生制动则是将转化得到的电能反馈回电网 实现了电能一一动能一一电能的能量转换 在当前节能减排的大环境下 这种制动方式的经济性和现实意义可见一斑 油压制动系统 油压制动在磁浮车制动系统中起辅助停车制动或紧急停车制动作用 正常情况下 在列车速度大于5km h时 优先采用再生电制动及电阻制动 电制动不足时用油压制动补充 当列车速度降到5km h时 则采用油压制动 紧急制动时则完全使用油压制动 轨道涡流制动系统 轨道涡流制动中电磁铁不与钢轨接触 在制动时被放下到距离钢轨面几毫米的地方 这时电磁铁和钢轨的相对运动使得钢轨中产生涡流 原磁场和涡流磁场相互祸合作用将产生与列车运动方向相反的作用力 从而实现了对列车的制动 从能量的观点来看 轨道涡流制动是将列车的动能转换为电能 再将电能转化为热能 相对于其他磁悬浮试验车 如日本ml hsst型磁悬浮列车 西南交大 世纪号 试验车 国防科技大八达岭观光磁悬浮列车 只使用一种或两种制动系统 上海磁悬浮tr型列车的制动系统为多种混合制动系统 以轨道涡流制动系统为主 以再生制动系统 雪橇制动系统 油压制动系统为辅 涡流制动原理如图 油压制动在磁浮车制动系统中起辅助停车制动或紧急停车制动作用 正常情况下 在列车速度大于5km h时 优先采用再生电制动及电阻制动 电制动不足时用油压制动补充 三 上海磁悬浮列车混合制动系统的介绍和认识 当列车速度降到5km h时 则采用油压制动 紧急制动时则完全使用油压制动 电制动及油压制动失效时 车体与磁转向架借助尼龙滑块的支撑落在轨面上 通过滑块与轨道的摩擦作用使车辆制动停车 除了以上的电制动外 列车在制动过程中尚存在空气阻力 它是一种被动式的在各种制动模式下都起作用的制动力 其大小与列车速度平方成正比 多种制动系统的相互配合和协调 提高了上海磁悬浮列车安全性能 使其安全系数远高于其他国家的磁悬浮列车保证了上海磁悬浮列车的安全运行 保障了乘客的人身安全 涡流制动系统实图 四 上海磁悬浮列车制动系统的不足 事件回顾1 2003年七月 明镜周刊 报道 上海磁悬浮约1公里长的定子线圈电缆表皮出现局部烧损 这种橡胶绝缘电缆是磁悬浮高速列车驱动系统的组成部分 也是磁悬浮技术中的关键部分 它产生的电磁移动场将驱动列车以最高500公里的时速行驶 从而实现与地面没有接触 不带燃料的地面飞行 电缆的烧损对列车影响巨大 此外 车速超过300公里以后 它从下面传上来的噪声跟震动没有达到原来的设计指标 原因分析 上海磁悬浮tr系列运行时靠长定子同步直线电动机推进 主要采用电阻制动 制动时产生的电能一部分消耗在制动电阻上 另一部分消耗在控制元件上 每车含2个涡流制动器 其制动功率可达为4 2mw 列车启动和制动时都有超大强度电流流过电缆线 且很大一部分能量以电阻发热的形式散失 因此 磁悬浮列车必须有散热效率非常高的散热装置 所以该制动 启动系统对技术要求很高 稍有技术问题 就可能导致电缆线烧毁 由于制动系统和散热系统在近轨处噪声声级高 作用时间极短 在列车经过磁悬浮桥下时 会让乘客有 惊吓 感 可能引发头疼 从而影响乘客及周围居民的生活 事件回顾2 2008年 上海磁悬浮事件引发居民大规模的 散步 行动 项目至今无法启动 沪杭磁悬浮上海支线 经过8个月的优化 新方案于2007年12月29日再次在网上公示时 饱受遭到居民们的质疑 他们认为防护间距30米 与已通车的磁悬浮示范线50米标准不符 与德国300 500米的标准更相差甚远 居民们担心磁辐射 为了能 发出声音 开始走上街头 集中逛街 散步 针对这一民意表达方式 上海市迅速反应 相关部门开设居民意见采纳点 主动采集建议 各单位的联系电话 邮箱贴在小区 政府领导也走进街道与居民对话 原因分析 组员的改进想法 1 利用磁轨制动技术 磁轨制动是在传向架两个侧架下面同侧的两个车轮之间各安装一个电磁铁 制动时将它放下并利用电磁吸引力使其紧压在钢轨上 通过电磁铁上的磨耗板与钢轨之间的滑动摩擦产生制动力 把列车动能变成热能耗散在空气中 从而达到制动的效果 磁轨制动的制动力不是通过轮轨钻着产生 自然不会受到轮轨间钻着力的限制 因此能另外在获得一份制动力 将磁轨制动与其他制动方式配合 可以产生较高的制动力 特别是在紧急制动状态时使用 可以满足高速列车对制动距离的要求 使用混合励磁涡流轨道制动系统 其工作原理大致如下 五 上海磁悬浮列车制动系统的改进想法 当得到制动信号后风缸将磁体放下 保持一定的气隙 在高速状态下采用永磁场涡流制动 通过辅助励磁电流调节制动力大小 随着速度的下降 制动力