磁懸浮列車原理及未來(lái)發(fā)展

會(huì)計(jì)學(xué)1磁懸浮列車原理及未來(lái)發(fā)展目錄1磁懸浮列車發(fā)展史2磁懸浮列車的原理3磁懸浮列車的優(yōu)缺點(diǎn)4未來(lái)的發(fā)展方向5高速列車和磁懸浮列車的比較6高速列車和磁懸浮列車在我國(guó)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)第1頁(yè)/共35頁(yè)1磁懸浮列車的發(fā)展史１９２２年德國(guó)工程師赫爾曼·肯佩爾首次考慮電磁懸浮鐵路（電磁對(duì)車道的吸引原則）。

１９３４年赫爾曼·肯佩爾獲得制造磁懸浮鐵路的基本專利（１９３４年８月１４日德國(guó)國(guó)家專利６４３３１６）。１９３５年赫爾曼·肯佩爾運(yùn)用試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥C實(shí)了磁懸浮。

第2頁(yè)/共35頁(yè)1磁懸浮列車的發(fā)展史１９３９年－１９４３年赫爾曼·肯佩爾在格丁根空氣動(dòng)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(xiě)成科學(xué)報(bào)告《電子懸浮導(dǎo)向的電力驅(qū)動(dòng)鐵路機(jī)車車輛》。１９６９年大通過(guò)能力高速鐵路研究會(huì)開(kāi)始基礎(chǔ)性研究。克勞斯－馬菲公司制造出電磁懸浮模型ＴＲ－０１。支承和導(dǎo)向系統(tǒng)按赫爾曼·肯佩爾原則設(shè)計(jì)，由一臺(tái)短定子直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

第3頁(yè)/共35頁(yè)1磁懸浮列車的發(fā)展史１９７５年開(kāi)發(fā)、研制和試驗(yàn)第一臺(tái)長(zhǎng)定子電磁行車技術(shù)功能的設(shè)備。１９７６年生產(chǎn)第一臺(tái)用長(zhǎng)定子電磁行車技術(shù)的載人試驗(yàn)車ＨＭＢ２，在卡塞爾由蒂森·亨舍爾在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行。采用電磁式支承和導(dǎo)向系統(tǒng)，有１０毫米空氣間隙，車重為２．５噸，４個(gè)座位，最大速度為３６公里／小時(shí)。

第4頁(yè)/共35頁(yè)1磁懸浮列車的發(fā)展史１９７７年聯(lián)邦德國(guó)研究技術(shù)部作出有利于發(fā)展電磁懸浮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的決定。籌建埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗(yàn)設(shè)施。赫爾曼·肯佩爾工程師逝世（１８９２年４月５日－１９７７年７月１３日）。

１９８４年埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗(yàn)設(shè)施投產(chǎn)，用ＴＲ０６號(hào)開(kāi)始作行車試驗(yàn)。８月１７日達(dá)到３０２公里／小時(shí)的速度。

第5頁(yè)/共35頁(yè)1磁懸浮列車的發(fā)展史１９８７年埃姆斯蘭磁懸浮列車試驗(yàn)設(shè)施第二期施工最終完成并投入使用。ＴＲ０７號(hào)開(kāi)始組裝。１１月１１日ＴＲ０６號(hào)達(dá)到４０６公里／小時(shí)的速度。

１９８８年ＴＲ０６號(hào)的速度于１月２２日達(dá)到４１２．６公里／小時(shí)。

第6頁(yè)/共35頁(yè)1磁懸浮列車的發(fā)展史２０００年６月３０日，中德兩國(guó)政府正式簽訂合作開(kāi)展上海磁懸浮快速列車運(yùn)營(yíng)線項(xiàng)目可行性研究的協(xié)議。８月，國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)項(xiàng)目建議書(shū)；同月，上海申通集團(tuán)等６家公司聯(lián)合出資２０億元注冊(cè)成立上海磁懸浮交通發(fā)展有限公司（后擴(kuò)股為８家公司，注冊(cè)資金３０億元），上海市委、市府批準(zhǔn)成立上海市磁懸浮快速列車工程指揮部。

第7頁(yè)/共35頁(yè)1磁懸浮列車的發(fā)展史２００１年１月２３日，上海磁懸浮交通發(fā)展有限公司與由德國(guó)西門(mén)子公司、蒂森快速列車系統(tǒng)公司和磁懸浮國(guó)際公司組成的聯(lián)合體簽署《上海磁懸浮列車項(xiàng)目供貨和服務(wù)合同》，合同總金額１２．９３億德國(guó)馬克；１月２６日，又與德國(guó)線路及軌道梁技術(shù)聯(lián)合體（ＴＧＣ）簽署《磁懸浮快速列車混凝土復(fù)合軌道梁系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同》，合同使用德國(guó)政府贈(zèng)款共１億德國(guó)馬克。３月１日工程正式開(kāi)始。５月專用道路全線貫通。７月軌道梁生產(chǎn)基地投產(chǎn)。

第8頁(yè)/共35頁(yè)2磁懸浮列車的原理磁懸浮列車是一種采用無(wú)接觸電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速列車系統(tǒng)，時(shí)速可以達(dá)到450~550千米。主要分為兩種：一種是電磁型（EMS),也稱為吸力型、常導(dǎo)型；另一種是電動(dòng)型（EDS)，也稱為斥力型、常導(dǎo)型。第9頁(yè)/共35頁(yè)2.1電磁型列車在車體內(nèi)裝有電磁鐵，路軌為一導(dǎo)磁體。電磁鐵繞組中電流的大小根據(jù)間隙傳感器的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使車體與路軌間保持一定距離。懸浮力大小與車速無(wú)關(guān)，任何車速時(shí)都能保持穩(wěn)定的懸浮力。懸浮氣隙較小，約1厘米。車前進(jìn)的動(dòng)力又直線感應(yīng)電機(jī)或直線同步電機(jī)提供。第10頁(yè)/共35頁(yè)2.2電動(dòng)型列車在車內(nèi)安裝有超導(dǎo)線圈，軌道上分布有按一定規(guī)則排列的電路鋁環(huán)。當(dāng)超導(dǎo)線圈內(nèi)通電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，在列車以一定速度前進(jìn)時(shí)，該強(qiáng)磁場(chǎng)就在路軌的鋁環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，兩者相互排斥而產(chǎn)生上浮力。速度越大排斥力越大，當(dāng)速度超過(guò)時(shí)速80千米時(shí)，列車就脫離路軌表面，最大距離可達(dá)到10厘米以上。其懸浮式自穩(wěn)定的，無(wú)須加任何主動(dòng)控制。第11頁(yè)/共35頁(yè)第12頁(yè)/共35頁(yè)3.1磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)①速度快普通列車的速度主要是受限于輪軌之間的粘性力，而磁浮列車的速度僅僅受限于空氣阻力。第13頁(yè)/共35頁(yè)3.1磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)②乘坐平穩(wěn)舒適、噪音低車身與軌道之間無(wú)接觸，軌道不平度的影響可以通過(guò)控制系統(tǒng)被濾除。磁懸浮列車的噪聲屬于低水平噪聲。第14頁(yè)/共35頁(yè)3.1磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)③占地面積小每公里占地面積，六車道的高速公路為4.28萬(wàn)平方米，四車道為2.86萬(wàn)平方米；而單向磁懸浮路軌僅為1.43萬(wàn)平方米，若是高架路軌，幾乎不占地。此外，磁懸浮列車爬坡能力強(qiáng)，可達(dá)10%，轉(zhuǎn)彎半徑比普通列車小。第15頁(yè)/共35頁(yè)3.1磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)④能耗較低按行駛600km左右核算，各種交通工具的能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)如下。時(shí)速達(dá)到220km左右時(shí)，普通列車與磁懸浮列車的功耗基本一致。再提高時(shí)速，磁懸浮列車的優(yōu)越性就更加明顯了。第16頁(yè)/共35頁(yè)3.1磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)⑤安全可靠EMS型列車懸浮高度大約1cm左右，萬(wàn)一懸浮系統(tǒng)失靈，應(yīng)急車輪能支撐列車?yán)^續(xù)行進(jìn)。另外，車體兩側(cè)像鉗子一樣抱住路軌，不會(huì)出軌。EDS型列車由于采用大氣隙懸浮，及時(shí)車體稍微不平衡，或車體與軌道少許對(duì)不準(zhǔn)，或軌道上有冰雪之類的雜物，都不會(huì)影響列車運(yùn)行的安全性第17頁(yè)/共35頁(yè)3.2磁懸浮列車的缺點(diǎn)①昂貴一公里高速鐵路投資需要2億人民幣；一公里磁懸浮鐵路投資翻兩番不止!（上海到杭州建造一條170公里的軌道系統(tǒng)，需要40億美元，上海到北京，超過(guò)1200公里，需要220億美元，平均每公里1800萬(wàn)美元不止）第18頁(yè)/共35頁(yè)3.2磁懸浮列車的缺點(diǎn)②不能變軌車廂不能變軌，不想軌道列車可以從一條鐵軌借助岔道進(jìn)入另一條鐵路。一條軌道只能容納一列列車往返運(yùn)行，造成浪費(fèi)。磁懸浮軌道越長(zhǎng)，使用率越低第19頁(yè)/共35頁(yè)3.2磁懸浮列車的缺點(diǎn)③斷電后安全事故由于磁懸浮系統(tǒng)是憑借電磁力來(lái)進(jìn)行懸浮，導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)功能的，一旦斷電，磁懸浮列車將發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，因此斷電后磁懸浮的安全保障措施仍然沒(méi)有得到完全解決。第20頁(yè)/共35頁(yè)3.2磁懸浮列車的缺點(diǎn)④影響健康強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人的健康，生態(tài)環(huán)境的平衡與電子產(chǎn)品的運(yùn)行影響仍需進(jìn)一步研究。第21頁(yè)/共35頁(yè)4未來(lái)的發(fā)展方向4.1改變列車這款為龐巴迪運(yùn)輸公司設(shè)計(jì)的概念磁懸浮列車，擁有自主導(dǎo)航系統(tǒng)，每次經(jīng)過(guò)站臺(tái)時(shí)都會(huì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，保證安全通行。第22頁(yè)/共35頁(yè)車身側(cè)面為透明材質(zhì)，可以讓乘客在乘車時(shí)獲得良好的視野。整車的內(nèi)飾經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)：每個(gè)座位旁邊都有一個(gè)電鈴，只要乘客按下按鈕，列車就會(huì)在所選擇的站停下。車內(nèi)還備有顯示儀器，可以為乘客提供下一站的天氣情況、到達(dá)時(shí)間或廣告。第23頁(yè)/共35頁(yè)車廂頂部配有可根據(jù)太陽(yáng)照射方向轉(zhuǎn)動(dòng)的智能太陽(yáng)能板，為列車的行進(jìn)提供動(dòng)力來(lái)源。第24頁(yè)/共35頁(yè)這樣的座位設(shè)計(jì)有三點(diǎn)疑問(wèn)：1，高速行駛時(shí)，你能看到外部的近景嗎？2，人的眼睛受得了嗎?3，容積率太低我認(rèn)為有兩點(diǎn)多余：1.“車廂頂部配有可根據(jù)太陽(yáng)照射方向轉(zhuǎn)動(dòng)的智能太陽(yáng)能板”。磁懸浮車速度很高，按裝太陽(yáng)能板，增加阻力，其發(fā)電量還不如風(fēng)阻浪費(fèi)電多，不如直接平鋪在車頂上；2.“每個(gè)座位旁邊都有一個(gè)電鈴，只要乘客按下按鈕，列車就會(huì)在所選擇的站停下”。列車是按規(guī)定站?？康?，沒(méi)人下但可能有人上，一樣要停車第25頁(yè)/共35頁(yè)4未來(lái)的發(fā)展方向4.2改變軌道第26頁(yè)/共35頁(yè)5高速列車和磁懸浮列車的比較5.1初投資如圖可見(jiàn)，平原地區(qū)，磁懸浮列車的初投資時(shí)高速列車的1.6倍，山區(qū)磁懸浮列車至略高一點(diǎn)，原因主要是磁懸浮列車的爬坡能力大，可以靈活的選擇路線。第27頁(yè)/共35頁(yè)5高速列車和磁懸浮列車的比較5.2爬坡能力由于粘著系數(shù)的制約，輪軌系統(tǒng)列車的爬坡能力遠(yuǎn)小于磁懸浮列車，常速下其爬坡能力一般限于35%的坡道，在高速情況下大約限于15%.而磁懸浮列車運(yùn)行的坡道可以達(dá)到60%~100%，即達(dá)到高速列車的5到6倍。第28頁(yè)/共35頁(yè)5高速列車和磁懸浮列車的比較5.3能量消耗高速列車的能耗主要由空氣阻力和摩擦力產(chǎn)生，這部分消耗與列車運(yùn)行速度的三次方成正比。磁懸浮列車的能耗幾乎只有空氣阻力第29頁(yè)/共35頁(yè)5高速列車和磁懸浮列車的比較5.4舒適性舒適性主要是指噪聲狀況、列車的平穩(wěn)度、車內(nèi)空間的寬敞度和設(shè)施水平，其中噪聲狀況尤為重要。高速列車的噪聲主要來(lái)自空氣摩擦，它近似速度的六次方函數(shù)。因此高速和超高速下，空氣摩擦噪聲是噪聲的基本成分；但是高速列車還有輪軌間和傳動(dòng)齒輪間的摩擦。所以摩擦噪聲略高于磁懸浮列車。第30頁(yè)/共35頁(yè)5高速列車和磁懸浮列車的比較5.5安全性20多年來(lái)高速列車運(yùn)行中從未發(fā)生重大安全事故，這是高速列車高技術(shù)和高管理水平的結(jié)果，磁懸浮列車由于它的高科技和它運(yùn)行在U型或T型截面線路中的特點(diǎn)，不會(huì)出現(xiàn)翻車、出軌等事故。超導(dǎo)體磁懸浮列車可能產(chǎn)生對(duì)人體有影響的磁場(chǎng)，這主要是來(lái)自超導(dǎo)體的強(qiáng)磁場(chǎng)。第31頁(yè)/共35頁(yè)5高速列車和磁懸浮列車的比較5.6土地使用量高速列車雙線路基較常速鐵路寬，其原因在于兩列高速列車在交會(huì)時(shí)，兩列車的內(nèi)側(cè)空氣急劇流動(dòng)，形成較大負(fù)壓力，可能導(dǎo)致車窗玻璃破裂及其他意外事故。磁懸浮列車由于線路的多重功能，原則上采用全高架結(jié)構(gòu)，因此土地利用情況有了改善。第32頁(yè)/共35頁(yè)6高速列車和磁懸浮列車在我國(guó)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)磁懸浮列車和高速列車發(fā)展除了起步時(shí)間差外，主要有兩