感受世界極速—磁浮列車

1、感受世界極速 磁浮列車 報告內(nèi)容 前言 磁浮列車的原理 磁浮列車的分類 吸引式磁浮列車 感應(yīng)反斥式磁浮列車 磁浮列車的優(yōu)缺點比較 磁浮列車開發(fā)歷程 中國的磁浮列車 展望 前言 人類日常生活中所使用到的交通工具，有自行 車、公車、電車、汽車、火車、船、飛機(jī)等， 我們把這些運送人或物品從一個地方到另外一 個地方的東西，稱為運輸工具。這些運輸工具 為了要移動，有些車子加的是汽油、有些車子 加柴油，也有一部分的車子使用的是天然氣或 電力。然而，在地面上的這些交通工具，主要 靠輪子與地面的摩擦力行走，但是也因為摩擦 力，使得它們的速度有一個上限(約300公里)。 為了要有更快速、廉價、安全且不製造污染的

2、 交通工具。磁浮列車，這種完全符合未來要求 的新交通工具，正由幾個國家很努力的發(fā)展當(dāng) 中。 磁浮列車是利用磁力使車體浮起來，因為並沒 有與軌道直接接觸，因此能將阻力減到最小， 在前進(jìn)的時候，利用電與磁的交互作用，可以 使磁浮列車前進(jìn)及後退。磁浮列車使用了許多 的電磁鐵，電磁鐵的好處就是可以用電流方向 來改變磁極，不但方便而且容易控制。 磁浮列車的構(gòu)想 1922年 德國專利643316號， 1934年8月14日 原理 (一)電流的磁效應(yīng) 在螺旋形的導(dǎo)線上通電，就會在螺旋形 導(dǎo)線的中間產(chǎn)生感應(yīng)磁場，而此感應(yīng)磁 場的大小和導(dǎo)線圈數(shù)及電流成正比，當(dāng) 電流斷路時感應(yīng)磁場也會同時消失。磁 場方向可由安培右

3、手定則決定：右手四 指的方向依照導(dǎo)線電流方向握起則姆 指方向則為感應(yīng)磁場的N極。 (二)磁浮列車浮起的原理 永久磁鐵或電磁鐵異極會相吸，同極卻有 極強(qiáng)的排斥力，磁浮列車能浮起來就是利 用這個原理。而車體的重量並不輕，若要 靠磁鐵相吸及相斥的力量將它浮起來，車 上及軌道上的磁力就必須要很強(qiáng)。因此搭 配使用電磁鐵和永久磁鐵，除了可增強(qiáng)磁 性之外還可以節(jié)省一部分的電力。 (三)磁浮列車前進(jìn)的原理 磁浮列車的前進(jìn)原理是利用線性馬達(dá)。 線性馬達(dá)將原來普通馬達(dá)轉(zhuǎn)動的力量轉(zhuǎn) 換為直線移動的力量。同樣利用磁力的 排斥力與吸引力，使得浮在軌道上的列 車能向前加速或減速，由於車體與軌道 間沒有摩擦力，能量不會因此

4、而消耗。 註 線性馬達(dá)：將馬達(dá)與直線動作機(jī)構(gòu)結(jié)合 為一體，即稱為線性馬達(dá)。 常導(dǎo)型&超導(dǎo)型 磁浮列車分為常導(dǎo)型和超導(dǎo)型兩大類。 常導(dǎo)型也常稱為磁吸型，以德國的transrapid 為代表，它是利用普通直流電磁鐵電磁吸引力 的原理將列車懸起，懸浮的氣隙較小，一般為 10毫米左右。常導(dǎo)型高速列車的速度可達(dá)每小 時400500公里，適合於城市間的長距離快速 運輸。 超導(dǎo)型磁浮列車也稱超導(dǎo)磁斥型，以日本 MAGLEV為代表。它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁 場，列車運行時與佈置在地面上的線圈相互作 用，產(chǎn)生電動斥力將列車懸起，懸浮氣隙較大， 一般為100毫米左右，速度可達(dá)每小時500公里 以上。 雖然利用一

5、般電磁鐵的相吸相斥亦可製造磁浮 列車，但配有高溫超導(dǎo)體的磁浮列車由於磁力 較強(qiáng)，故可浮的較高；一般僅使用電磁鐵的磁 浮列車其離地面高度僅公分，而採用超導(dǎo)體 者可達(dá)公分。於實際應(yīng)用上，此種差異則 會造成相當(dāng)大的影響：若列車運行時遭遇地震， 離地公分的磁浮列車自然會叫離地僅公 分高的磁浮列車安全許多。 吸引式&感應(yīng)反斥式 由於磁鐵有同極相斥和異極相吸兩種形式，故 有兩種相應(yīng)的形式： 感應(yīng)反斥式是利用磁鐵同極相斥原理而設(shè)計 的電磁運行系統(tǒng)的磁浮列車，是利用車上超導(dǎo) 體電磁鐵形成的磁場，與軌道上線圈形成的磁 場所生的相斥力使車體懸浮於鐵路。吸引式是 利用磁鐵異極相吸原理而設(shè)計的電動力運行系 統(tǒng)的磁浮列

6、車，沒有生命的它是在車體底部及 兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T型導(dǎo)軌的 上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼 板 ，控制電磁鐵的電流使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持 1015毫米的間隙，並使導(dǎo)軌鋼板的吸引力與 車輛的重力平衡，而使車體懸浮於車道的導(dǎo)軌 面上運行。 優(yōu)點缺點 吸引式 停車中亦可上浮 磁抗力小(即行駛阻力) 可賴現(xiàn)有技術(shù)配合而成 只上浮1公分,因此軌道 必須維持極高的精準(zhǔn)度 停電立即落下 為保持上浮高度,須經(jīng)常 的控制 感應(yīng)反 斥式 上浮10公分,能在軌道 上安全行駛 無須控制上浮 停電時不會立即落下 低速無法上浮,需加輔助 車輪 低速行駛時磁抗力太大 (行駛阻力) 需要超導(dǎo)及極低溫等技

7、 術(shù)配合 磁浮的優(yōu)缺點比較 蔚為風(fēng)潮的條件： 1.高速： 常導(dǎo)磁浮列車可達(dá)400至500公里/小時 2.低耗能： 運行成本和能耗低。由於沒有輪子、無摩擦等 因 素而能省電30%。在500公里/小時速度下每座 位/ 公里的耗能僅為飛機(jī)的1/3至1/2。 因無輪軌接觸震動小，對車輛和路軌的維修費用 少。 3.利於保護(hù)環(huán)境： 因軌道摩擦小，所以發(fā)出的噪音很低 (只有當(dāng)時 速到達(dá)200公里以上時才會產(chǎn)生與空氣摩擦的輕微 噪音)。當(dāng)磁浮列車時速到達(dá)300公里以上時，雜訊 只有656分貝。 它的磁場強(qiáng)度非常低，與地球磁場相當(dāng)，遠(yuǎn) 低於 家用電器。由於採用電力驅(qū)動，避免了燃燒煤油給 沿途帶來的污染。 4.性

8、能： 磁浮列車在運行時不與軌道發(fā)生摩擦，且爬坡能力 強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小。 磁浮列車得爬坡能力為10%，一般鐵路的最高坡度 只有4%。 5.安全性： 磁浮列車運行是按飛機(jī)的防火標(biāo)準(zhǔn)實行配置。列車 運行的動力來自固定在路軌兩側(cè)的電磁流，同一區(qū) 域內(nèi)的電磁流強(qiáng)度相同，而排除了列車追尾或相撞 的可能。列車的整個安全系統(tǒng)可相互檢測自動替補(bǔ)。 仍存在的問題 1.高速穩(wěn)定性和可靠性： 由於磁浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動 功能的，斷電後磁浮的安全保障措施，尤其是列車停 電後的制動問題仍然是要解決的問題。 2.懸浮高度： 常導(dǎo)磁浮技術(shù)的懸浮高度較低，因此對線路的平 整度、路基下沉量及道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)

9、技術(shù) 更高。 3.技術(shù)： 超導(dǎo)磁浮技術(shù)由於渦流效應(yīng)懸浮耗能較常導(dǎo)技術(shù) 更大，冷卻系統(tǒng)重，強(qiáng)磁場對人體與環(huán)境都有影響。 磁浮列車開發(fā)歷程 1922年：德國工程師赫爾曼肯佩爾首次考慮電磁懸 浮鐵路。 1934年：赫爾曼肯佩爾獲得製造磁懸浮鐵路的基本 專利。 1935年：赫爾曼肯佩爾運用試驗?zāi)Ｐ妥C實了磁懸浮。 1939-1943年：赫爾曼肯佩爾在格丁根空氣動力學(xué) 研究所進(jìn)行電磁懸浮鐵路的基本研 究工作。 1953年：赫爾曼肯佩爾寫成科學(xué)報告電子懸浮導(dǎo) 向的電力驅(qū)動鐵路機(jī)車車輛。 1969年：大通過能力高速鐵路研究會開始基礎(chǔ)性研 究?？藙谒柜R菲公司製造出電磁懸浮模型TR01。 支承和導(dǎo)向系統(tǒng)按赫爾曼肯

10、佩爾原則設(shè)計，由一臺 短定子直線電動機(jī)驅(qū)動。 1971-1974年：先後製造了TR02、TR03、TR04號試驗車。 1975年：開發(fā)、研製和試驗第一臺長定子電磁行車技術(shù) 功能的設(shè)備。由蒂森亨舍爾在卡塞爾廠區(qū)內(nèi)用試驗平 臺MB1進(jìn)行。 1976年：生產(chǎn)第一臺用長定子電磁行車技術(shù)的載人試驗 車HMB2，在卡塞爾由蒂森亨舍爾在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行。採用 電磁式支承和導(dǎo)向系統(tǒng)，有10毫米空氣間隙，車重為 2.5噸，4個座位，最大速度為36公里小時。 1977年：聯(lián)邦德國研究技術(shù)部作出有利於發(fā)展電磁懸浮 驅(qū)動系統(tǒng)的決定。籌建埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施。 赫爾曼肯佩爾工程師逝世(1892年4月5日1977年7月

11、13日) 1979年：在漢堡的國際交通展覽會上展出5月17日投產(chǎn) 的TR05號並引起轟動。 1980年：開始建造TR06號。 1984年：埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施投產(chǎn)，用TR06 號開始作行車試驗。8月17日達(dá)到302公里小時的速 度。 1986年：在蒂森工業(yè)公司(亨舍爾)開發(fā)TR07號樣車。 1987年：埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施第二期施工最 終完成並投入使用。TR07號開始組裝。11月11日TR06 號達(dá)到406公里小時的速度。 1988年：TR06號的速度於1月22日達(dá)到412.6公里小 時。在慕尼黑國際交通展覽會上展出TR07號。 1989年：在埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗設(shè)施上開始檢驗

12、TR07號。磁懸浮鐵路快速列車技術(shù)已趨成熟。 1999年：1999年4月日本磁浮列車 MLX01的創(chuàng)下時速 552公里的新紀(jì)錄。 中國的磁浮列車 中國大陸於2001年 開始興建從浦東機(jī) 場至龍陽路（陸家 嘴），全長30公里 的磁浮高速鐵路， 並於 2003年開始營 運。 展 望 目前美國正在研製地下真空磁浮超音速 列車。這種神奇的行星列車設(shè)計最 高時速為2.25萬公里，是音速的20多倍。 它橫穿美國大陸只需21分鐘，而噴射客 機(jī)則需5小時。這項計劃要求首先在地下 挖出隧道，鋪設(shè)四根直徑為12米的管道， 然後抽出管道中的空氣，使其接近真空 狀態(tài)，最後再用超導(dǎo)方式行駛磁浮列車。 展望未來，隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，高 速、平穩(wěn)