磁懸浮列車性能及其前景

磁懸浮列車性能及其前景摘要：隨著中國鐵路的幾次大提速，磁懸浮列車在速度上一直處于領(lǐng)頭羊，各國都在密切地關(guān)注著它的發(fā)展勢頭，不斷進行科學研究。本文介紹了磁懸浮列車發(fā)展的歷史背景，磁懸浮列車的懸浮系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)，簡單說明了磁懸浮技術(shù)在生活中的應(yīng)用。借此提出磁懸浮列車的發(fā)展現(xiàn)狀及前景，對中國鐵路的光明前途充滿信心。關(guān)鍵詞：磁懸浮EMS制EDS制推進系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)引言在本世紀五、六十年代，鐵路曾經(jīng)被認為是一個夕陽運輸產(chǎn)業(yè)。因為面對航空、高速公路等運輸對手的強勁挑戰(zhàn)，它蝸牛般的爬行速度，已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)社會物流和人流的快速流動需要了。但七十年代以來，特別是近幾年，隨著鐵路高速化成為世界的熱點和重點，鐵路重新贏回了它在各國交通運輸格局中舉足輕重的地位。據(jù)科研人員推算，普通輪軌列車最大時速為350-400公里左右。如果考慮到噪音、震動、車輪和鋼軌磨損等因素，實際速度不可能達到最大時速。所以，歐洲、日本現(xiàn)在正運行的高速列車，在速度上已沒有多大潛力。要進一步提高速度，必須轉(zhuǎn)向新的技術(shù)，這就是超常規(guī)的列車一一磁懸浮列車。磁懸浮列車總覽稍有物理知識的人都知道：把兩塊磁鐵相同的一極靠近，它們就相互排斥，反之，把相反的一極靠近，它們就互相吸引。托起磁懸浮列車的，那似乎神秘的懸浮之力，其實就是這兩種吸引力與排斥力。磁懸浮列車是一種利用磁極吸引力或排斥力懸浮的高科技交通運輸工具，是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。磁懸浮列車意味著這些火車利用磁的基本原理懸浮在導(dǎo)軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術(shù)利用電磁力將整個列車車廂托起,擺脫了討厭的摩擦力和令人不快的鏘鏘聲，實現(xiàn)與地面無接觸、無燃料的快速“飛行”。磁懸浮列車歷史背景磁懸浮列車在今天看似乎還是一個新鮮事物，其實它的理論準備已有很長的歷史。磁懸浮技術(shù)的研究源于德國，早在1922年德國工程師赫爾曼■肯佩爾就提出了電磁懸浮原理，并于1934年申請了磁懸浮列車的專利。下面把各主要國家對磁浮鐵路的研究情況作一簡要介紹。日本于1962年開始研究常導(dǎo)磁浮鐵路。此后由于超導(dǎo)技術(shù)的迅速發(fā)展，從70年代初開始轉(zhuǎn)而研究超導(dǎo)磁浮鐵路。德國對磁浮鐵路的研究始于1968年。目前，德國在常導(dǎo)磁浮鐵路研究方面的技術(shù)已趨成熟。英國對磁浮鐵路的研究起步較晚，從1973年才開始。但是，英國則是最早將磁浮鐵路投入商業(yè)運營的國家之一。磁懸浮列車技術(shù)原理：磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推進系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成。盡管可以使用與磁力無關(guān)的推進系統(tǒng)，但在目前的絕大部分設(shè)計中，這三部分的功能均由磁力來完成。下面分別對這三部分所采用的技術(shù)進行介紹。4.1懸浮系統(tǒng)目前國際上比較成熟的懸浮系統(tǒng)的設(shè)計，可以分為兩個方向，一類是以德國為代表的常導(dǎo)型磁懸浮列車（即電磁懸浮系統(tǒng)EMS制），另一類是以日本為代表的超導(dǎo)型磁懸浮列車（即電力懸浮系統(tǒng)EDS制）。電磁懸浮系統(tǒng)（EMS制）

電磁懸浮系統(tǒng)（EMS）是一種吸力懸浮系統(tǒng)，利用普通直流電磁鐵異性相吸的原理，使結(jié)合在機車上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互吸引，產(chǎn)生懸?。ㄈ鐖D1）。常導(dǎo)磁懸浮列車工作時，首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距離，實現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無接觸支撐和無接觸導(dǎo)向。車輛與行車軌道之間的懸浮間隙為10毫米，這是通過一套高精度電子調(diào)整系土統(tǒng)得以保證的。此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車運行速度無關(guān)，所以即使在停車狀態(tài)下列車仍然可以進入懸浮狀態(tài)。而且由于EMS制車體采用抱住軌道的方式，伸出兩只“胳膊”，緊緊將軌道梁抱住，實現(xiàn)了列車與鐵軌一體化，根除了出軌、顛覆的可能。圖2：電力懸浮列車示意圖電力懸浮系統(tǒng)（EDS制）圖2：電力懸浮列車示意圖如圖2,EDS式磁懸浮列車每節(jié)車廂的兩側(cè)都安裝有磁場強大的超導(dǎo)電磁鐵，在軌道兩旁埋設(shè)有一系列閉合的鋁環(huán)。車輛運行時，電磁鐵的磁場切割軌道兩側(cè)安裝的鋁環(huán)，形成相對運動，使鋁環(huán)產(chǎn)生大量感應(yīng)電流。地面線圈產(chǎn)生的磁場極性與列車上的電磁體極性總保持相同，“同性相斥”，排斥力將車輛推離軌面在空中懸浮起來。對于斥力式磁懸浮列車，當車靜止時，由于沒有磁場和鋁環(huán)的切割作廂磁懸不能示生懸浮,只能像飛機一樣用輪子支撐車體。只有當車輛在直線電機的驅(qū)動下前進,時速達到80公里以上時,車輛才能懸浮起來。推進系統(tǒng)在位于軌道兩側(cè)的線圈里流動的交流電，能將線圈變?yōu)殡姶朋w。由于它與列車上的超導(dǎo)電磁體的相互作用，就使列車開動起來。如圖3所示，列車前進是因為列車頭部的電磁體（N極）被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體（S極）所吸引，并且同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體（N極）所排斥。當列車前進時，在線圈里流動的電流流向就反轉(zhuǎn)過來了。其結(jié)果就是原來那個S極線圈，現(xiàn)在變?yōu)镹極線圈了，反之亦然。這樣，列車由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)是一種測向力來保證懸浮的機車能夠沿著導(dǎo)軌的方向運動。必要的推力與懸浮力相類似，也可以分為引力和斥力。在機車底板上的同一塊電磁鐵可以同時為導(dǎo)向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動力，也可以采用獨立的導(dǎo)向系統(tǒng)電磁鐵。磁懸浮技術(shù)在生活中的應(yīng)用磁懸浮列車的技術(shù)已經(jīng)衍生到日常生活，廣告展示，科技展覽，辦公及家居擺設(shè)等都可見到磁懸浮的創(chuàng)意應(yīng)用。這些應(yīng)用借助電力，使得許多魔術(shù)中的現(xiàn)象成為了現(xiàn)實，總耗電能也相當?shù)?，處處透露出未來科技的氣息。懸浮技術(shù)發(fā)展前景真空磁懸浮列車目前，西南交通大學牽引動力國家重點實驗室課題組正在積極研發(fā)試驗真空管道高速交通。在未來兩三年內(nèi)，實驗室將推出時速600?1000千米的真空磁懸浮列車實驗?zāi)Ｐ停?0年之后可能投入運行。根據(jù)現(xiàn)在的理論研究，這種列車最高時速可達到2萬千米。聲懸浮聲懸浮是通過聲音壓力波使物質(zhì)懸浮在稀薄的空氣中。和電磁懸浮技術(shù)相比，它不受材料導(dǎo)電與否的限制，且懸浮和加熱分別控制，因而可用以研究非金屬材料和低熔點合金的無容器凝固。聲懸浮現(xiàn)象最早是1886年被發(fā)現(xiàn)的，隨著航天技術(shù)的進步和空間資源的開發(fā)利用，聲懸浮逐漸發(fā)展成為一項很有潛力的無容器處理技術(shù).聲懸浮是高聲強條件下的一種非線性效應(yīng)，其基本原理是利用聲駐波與物體的相互作用產(chǎn)生豎直方向的懸浮力以克服物體的重量，同時產(chǎn)生水平方向的定位力將物體固定于聲壓波節(jié)處。結(jié)束語中國即將邁入高速運輸時代，這對大眾將產(chǎn)生非常大的影響，其中最大的莫過于旅游業(yè)。高速鐵路網(wǎng)的布局使沿線城市的距離大大縮短，“同城效應(yīng)”增強,城市之間的休閑活動更加密集，以高鐵網(wǎng)絡(luò)為依托的“高鐵休閑圈”即將形成，城市游憩的范圍也不再局限于城市內(nèi)部和城市郊區(qū)，而是擴大到高鐵所連接的區(qū)域，環(huán)城游憩的旅游發(fā)展格局將有所改變。希望祖國在交通領(lǐng)域繼續(xù)引領(lǐng)世