磁悬浮列车性能及其前景

磁悬浮列车性能及其前景摘 要：随着中国铁路的几次大提速，磁悬浮列车在速度上一直处于领头羊，各国都在密切地关注着它的发展势头，不断进行科学研究。本文介绍了磁悬浮列车发展的历史背景，磁悬浮列车的悬浮系统、推进系统和导向系统,简单说明了磁悬浮技术在生活中的应用。借此提出磁悬浮列车的发展现状及前景，对中国铁路的光明前途充满信心。关键词：磁悬浮 EMS制 EDS制 推进系统 导向系统1.引言 在本世纪五、六十年代，铁路曾经被认为是一个夕阳运输产业。因为面对航空、高速公路等运输对手的强劲挑战，它蜗牛般的爬行速度，已越来越不适应现代工业社会物流和人流的快速流动需要了。但七十年代以来，特别是近几年，随着铁路高速化成为世界的热点和重点，铁路重新赢回了它在各国交通运输格局中举足轻重的地位。 据科研人员推算，普通轮轨列车最大时速为350-400公里左右。如果考虑到噪音、震动、车轮和钢轨磨损等因素，实际速度不可能达到最大时速。所以，欧洲、日本现在正运行的高速列车，在速度上已没有多大潜力。要进一步提高速度，必须转向新的技术，这就是超常规的列车磁悬浮列车。2.磁悬浮列车总览 稍有物理知识的人都知道：把两块磁铁相同的一极靠近，它们就相互排斥，反之，把相反的一极靠 近，它们就互相吸引。托起磁悬浮列车的，那似乎神秘的悬浮之力，其实就是这两种吸引力与排斥力。 磁悬浮列车是一种利用磁极吸引力或排斥力悬浮的高科技交通运输工具，是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。 3.磁悬浮列车历史背景 磁悬浮列车在今天看似乎还是一个新鲜事物，其实它的理论准备已有很长的历史。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。下面把各主要国家对磁浮铁路的研究情况作一简要介绍。 日本于1962年开始研究常导磁浮铁路。此后由于超导技术的迅速发展，从70年代初开始转而研究超导磁浮铁路。德国对磁浮铁路的研究始于1968年。目前，德国在常导磁浮铁路研究方面的技术已趋成熟。英国对磁浮铁路的研究起步较晚，从1973年才开始。但是，英国则是最早将磁浮铁路投入商业运营的国家之一。4.磁悬浮列车技术原理： 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，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。下面分别对这三部分所采用的技术进行介绍。41悬浮系统 目前国际上比较成熟的悬浮系统的设计，可以分为两个方向，一类是以德国为代表的常导型磁悬浮列车（即电磁悬浮系统EMS制）,另一类是以日本为代表的超导型磁悬浮列车（即电力悬浮系统EDS制）。4.1.1电磁悬浮系统（EMS制） 电磁悬浮系统（EMS）是一种吸力悬浮系统，利用普通直流电磁铁异性相吸的原理，使结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引，产生悬浮（如图1）。 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吸力，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，这是通过一套高精度电子调整系图1：电磁悬浮列车示意图土统得以保证的。 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。而且由于EMS制车体采用抱住轨道的方式，伸出两只“胳膊”，紧紧将轨道梁抱住，实现了列车与铁轨一体化，根除了出轨、颠覆的可能。图2：电力悬浮列车示意图4.1.2电力悬浮系统（EDS制） 如图2，EDS式磁悬浮列车每节车厢的两侧都安装有磁场强大的超导电磁铁，在轨道两旁埋设有一系列闭合的铝环。车辆运行时, 电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环, 形成相对运动，使铝环产生大量感应电流。地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同， “同性相斥”，排斥力将车辆推离轨面在空中悬浮起来。 对于斥力式磁悬浮列车，当车静止时，由于没有磁场和铝环的切割作用,车辆不能产生悬浮,只能像飞机一样用轮子支撑车体。只有当车辆在直线电机的驱动下前进,时速达到80公里以上时,车辆才能悬浮起来。4.2推进系统 在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。 如图3所示，列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。当列车前进时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。4.3导向系统 导向系统是一种测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。5.磁悬浮技术在生活中的应用 磁悬浮列车的技术已经衍生到日常生活，广告展示，科技展览，办公及家居摆设等都可见到磁悬浮的创意应用。这些应用借助电力，使得许多魔术中的现象成为了现实，总耗电能也相当低，处处透露出未来科技的气息。6.悬浮技术发展前景6.1真空磁悬浮列车 目前，西南交通大学牵引动力国家重点实验室课题组正在积极研发试验真空管道高速交通。在未来两三年内，实验室将推出时速6001000千米的真空磁悬浮列车实验模型，10年之后可能投入运行。根据现在的理论研究，这种列车最高时速可达到2万千米。6.2声悬浮 声悬浮是通过声音压力波使物质悬浮在稀薄的空气中。和电磁悬浮技术相比，它不受材料导电与否的限制，且悬浮和加热分别控制，因而可用以研究非金属材料和低熔点合金的无容器凝固。声悬浮现象最早是1886年被发现的，随着航天技术的进步和空间资源的开发利用，声悬浮逐渐发展成为一项很有潜力的无容器处理技术.声悬浮是高声强条件下的一种非线性效应，其基本原理是利用声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量，同时产生水平方向的定位力将物体固定于声压波节处。7.结束语 中国即将迈入高速运输时代，这对大众将产生非常大的影响，其中最大的莫过于旅游业。高速铁路网的布局使沿线城市的距离大大缩短，“同城效应”增强，城市之间的休闲活动更加密集，以高铁网络为依托的“高铁休闲圈”即将形成，城市游憩的范围也不再局限于城市内部和城市郊区，而是扩大到高铁所连接的区域，环城游憩的旅游发展格局将有所改变。希望祖国在交通领域继续