新能源和磁懸浮在未來(lái)交通中的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)正文

./新能源與磁懸浮在未來(lái)交通中的應(yīng)用摘要文中闡述了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了舉世屬目的成就,但是大氣污染嚴(yán)重影響了我們的正常生活；能源有效利用率低及能源短缺嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。我們必須開(kāi)發(fā)出新能源和能耗低的交通工具。在這些客觀條件下,氫能源和磁懸浮列車(chē)誕生了,氫能源具有清潔、高效、儲(chǔ)量大的優(yōu)點(diǎn)；而磁懸浮列車(chē)兼有飛機(jī)和火車(chē)的優(yōu)點(diǎn),而且能耗極低,而更具前景的則是它的升級(jí)版—真空磁懸浮列車(chē)。在開(kāi)發(fā)新能源方面,氫能源的制取和應(yīng)用技術(shù)日益成熟,如此發(fā)展下去,21世紀(jì)將注定是以氫能源取代以碳為主要能源的時(shí)代。雖然氫能源有較多優(yōu)點(diǎn),但是氫能源不方便運(yùn)輸,更重要的是直接作為內(nèi)燃機(jī)燃料的效率只有38%。我們只有將氫能源轉(zhuǎn)化為電能,這樣才能大大提高能源利用率,降低能耗。電能堪稱(chēng)是新能源和磁懸浮中間的橋梁,開(kāi)發(fā)新能源、新能源的轉(zhuǎn)化和磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用在未來(lái)交通運(yùn)輸中相當(dāng)重要。磁懸浮列車(chē)能源利用率極高。并且它采用電力驅(qū)動(dòng),其發(fā)展不受能源結(jié)構(gòu),特別是燃油供應(yīng)的限制,不排放有害氣體,它具有快速、低耗、安全、經(jīng)濟(jì)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),發(fā)展磁懸浮列車(chē)勢(shì)在必行。關(guān)鍵詞:能源供應(yīng)；可持續(xù)發(fā)展；氫能源；磁懸浮列車(chē)；真空管道運(yùn)輸AbstractThepaperindicatesthatChinahasachievedoutstandingprogressinitseconomy,buttheairpollutionseriouslyaffectsournormallife;Lowenergyeffectiveutilizationandenergyshortagesseriouslyrestrictsthesustainabledevelopmentoftheeconomy.Wehavetodevelopnewenergyandlowenergyconsumptionoftransportation.Undertheseobjectiveconditions,hydrogenenergyandmaglevtrainwasborn.Hydrogenenergyhastheadvantagesofcleanness,highefficiencyandlargereserve;maglevtrainhastheadvantagesofbothplanesandtrains,andlowenergyconsumption,butitismorepromisingitsupdatedversion-vacuummaglevtrain.Inthedevelopmentofnewenergy,makingandapplicationofhydrogenenergytechnologymatures,so,the21stcenturyisdestinedtoreplacehydrogenwithcarbonasthemainenergyera.Althoughhydrogenenergyhasmoreadvantages,buthydrogenisnoteasytotransportanddirectlyasaninternalcombustionenginefuelefficiencyisonly38%.Weshouldhavehydrogenenergyintoelectricalenergy,soastogreatlyimproveenergyefficiencyandreduceenergyconsumption.Electricityisthemiddlebridgeofnewenergyandmaglev.Thedevelopmentofnewenergy,newenergytransformationandapplicationofmagneticsuspensiontechnologyisquiteimportantinthefuturetransportation.Maglevtrainenergyutilizationrateisextremelyhigh.Anditusestheelectricdrive,whosedevelopmentisnotaffectedbytheenergystructure,especiallythelimitedfuelsupply.Inaddition,noharmfulgasemissions,itisfast,lowconsumption,security,economic,pollution-freeetc.Therefore,thedevelopmentofmaglevtrainisimperative.keywords:Energysupply;sustainabledevelopment;Hydrogenenergy;Maglevtrain；Thevacuumpipelinetransport目錄TOC\o"1-3"\h\u257281課題研究背景和意義1145562發(fā)展新能源的必要性278712.1改善環(huán)境的迫切性 2145662.2現(xiàn)有三大能源短缺性嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展 3268653新能源在交通發(fā)展中應(yīng)用3305893.1新能源分類(lèi) 3248963.2氫能源自然界儲(chǔ)量十分豐富 3203373.3氫能源作為主要內(nèi)燃機(jī)燃料 4326073.4氫燃料汽車(chē)的應(yīng)用發(fā)展 4187544提高能源利用率5171515磁懸浮列車(chē)6263235.1世界第一條商業(yè)性運(yùn)營(yíng)線(xiàn) 9230795.2磁懸浮列車(chē)的原理 9176255.2.1懸浮與推進(jìn)原理1082945.2.2導(dǎo)向原理12158105.3新型磁懸浮列車(chē)原理與設(shè)計(jì) 1232815.3.1該新型的磁懸浮列車(chē)的優(yōu)勢(shì)17175775.3.2該新型的磁懸浮列車(chē)的道岔1878765.4磁懸浮列車(chē)模型舉例計(jì)算 20311015.5磁懸浮發(fā)展優(yōu)勢(shì) 2193225.5.1我國(guó)具備發(fā)展磁懸浮列車(chē)的需求22204265.5.2常規(guī)列車(chē)受力分析24289025.6磁懸浮鐵路的發(fā)展趨勢(shì) 26278495.6.1真空管道磁懸浮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)26165555.6.2真空管道磁懸浮技術(shù)的意義27324716結(jié)語(yǔ) 299608參考文獻(xiàn) 308649致謝 31.1課題研究背景和意義人類(lèi)創(chuàng)造了文明,也創(chuàng)造了汽車(chē)。汽車(chē)的誕生使人類(lèi)逐步步入現(xiàn)代化的文明進(jìn)程。120余年的汽車(chē)發(fā)展史在人類(lèi)歷史長(zhǎng)河僅是一瞬間,但汽車(chē)的誕生和發(fā)展卻給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了巨大而深刻的變化。汽車(chē)以其驚人的數(shù)量、卓越的性能和廣泛的用途滲透到人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域,成為21世紀(jì)現(xiàn)代文明的主要標(biāo)志,人類(lèi)不可缺少的生存和發(fā)展趨勢(shì)的伙伴。汽車(chē)是工業(yè)革命中最有影響、最具代表性的機(jī)械,因而自從汽車(chē)誕生以來(lái),他一直領(lǐng)導(dǎo)著工業(yè)產(chǎn)品的新潮流；代表不同時(shí)期人類(lèi)對(duì)美的追求,在一定程度上反映出該時(shí)代文化科學(xué)技術(shù)水平。自1978年改革開(kāi)放以來(lái),中國(guó)經(jīng)濟(jì)一直保持快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值<GDP>從1978年的3645.2億元增加到20XX的519322億元按照可比價(jià)格比算,年平均增長(zhǎng)率達(dá)到9.3%。經(jīng)濟(jì)的繁榮刺激著交通的發(fā)展,特別是道路交通的發(fā)展。中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的增加速度大大高于GDP發(fā)展速度,〔20XX上半年全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)總保有量達(dá)2.33億輛,其中汽車(chē)1.14億輛,摩托車(chē)1.03億輛。中國(guó)成為僅次于美國(guó)的世界第二大汽車(chē)王國(guó)因而對(duì)汽、柴油的需求增長(zhǎng)也特別快。能源短缺使未來(lái)交通走向新能源、低能耗。開(kāi)發(fā)新能源和提高能源有效利用率是未來(lái)交通運(yùn)輸?shù)闹饕n題。21世紀(jì)人類(lèi)面臨交通的最大困境就有四個(gè)方面：地面擁堵,能源的依賴(lài),環(huán)境破壞,面對(duì)自然不可抗拒因素和人為因素的安全問(wèn)題。其中對(duì)石油的依賴(lài)問(wèn)題已經(jīng)日趨嚴(yán)重,與此同時(shí),美國(guó)能源部預(yù)測(cè)：石油受其儲(chǔ)量的影響其價(jià)格在穩(wěn)定15年之后會(huì)出現(xiàn)大幅上漲,出現(xiàn)供給萎縮,而依賴(lài)石油的航空領(lǐng)域會(huì)遭受噩夢(mèng)般的打擊。各種依賴(lài)石油作為能源動(dòng)力的運(yùn)輸工具將會(huì)阻礙社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。因此,有前瞻性的開(kāi)發(fā)能替代石油的新能源和不過(guò)分依賴(lài)石油的交通運(yùn)輸方式迫在眉睫。雖然當(dāng)今世界己經(jīng)進(jìn)入了全球化時(shí)代,但是我們的交通運(yùn)輸方式卻難以適應(yīng)全球化的需求。今天的跨國(guó)交通仍與上個(gè)世紀(jì)相差不大；就是在國(guó)內(nèi)兩個(gè)中心城市之間的旅行也不輕松,坐火車(chē)要十幾個(gè)小時(shí),坐飛機(jī)算上機(jī)場(chǎng)巴士和安檢的時(shí)間也得耗上半天。雖然城市軌道交通能在一定程度上緩解客流運(yùn)輸?shù)膿頂D,但是它并不是解決問(wèn)題的良醫(yī)妙藥,不能在根本上解決全球經(jīng)濟(jì)化給我們帶來(lái)的交通運(yùn)輸瓶頸。城市地鐵造價(jià)昂貴,換乘不便,并且由于運(yùn)行速度偏低而導(dǎo)致人均使用能源不經(jīng)濟(jì),但它還給環(huán)境和噪聲污染帶來(lái)不少壓力?，F(xiàn)代物流在通訊技術(shù)上已經(jīng)很現(xiàn)代化了,在網(wǎng)上下訂單幾分鐘就可以搞定,但是一個(gè)集裝箱的貨物從中國(guó)原產(chǎn)地運(yùn)到美國(guó)消費(fèi)者手中也要十天半月。信息化的高速高效與交通運(yùn)輸?shù)牡退俣刃纬删薮蠓床?經(jīng)濟(jì)全球化呼喚21世紀(jì)的交通運(yùn)輸現(xiàn)代化,交通運(yùn)輸瓶頸面臨著一場(chǎng)技術(shù)革命。因此,未來(lái)交通運(yùn)輸需要新的高速運(yùn)輸模式。那種<以往>認(rèn)為只有人的運(yùn)輸才需要高速度,貨運(yùn)沒(méi)必要高速的認(rèn)知已經(jīng)徹底的成為過(guò)去。管道化運(yùn)輸是一個(gè)有前景的方向,一方面可以提高物流配送效率,另一方面減少地面交通擁擠壓力和對(duì)環(huán)境的污染。但管道中的運(yùn)行車(chē)體如果采用傳統(tǒng)的輪軌車(chē)輛模式,則貨物運(yùn)輸速度不會(huì)有很大提高。真空管道磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)就是一種未來(lái)可以依賴(lài)的交通運(yùn)輸方式。它能解決由于我們?nèi)祟?lèi)過(guò)于依賴(lài)不可再生能源所要面臨的能源枯竭問(wèn)題,且能讓我們的交通運(yùn)輸方式有質(zhì)的變化。與傳統(tǒng)交通方式相比,該系統(tǒng)有以下幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：①運(yùn)營(yíng)速度可以比飛機(jī)還要快捷②比鐵路運(yùn)輸還要安全可靠；③可以像公共汽車(chē)一樣高頻率的發(fā)車(chē),乘客可以不必在忍受晚點(diǎn)之痛,更不需要忍受取消預(yù)訂的車(chē)次之苦④比火車(chē)更舒適,廉價(jià)⑤該技術(shù)不受地理位置,天氣影響,可以適用在地球各個(gè)角落。因此發(fā)展真空管道磁懸浮列車(chē)勢(shì)在必行。2發(fā)展新能源的必要性2.1改善環(huán)境的迫切性環(huán)境是當(dāng)今世界普遍關(guān)注的重大課題,這是因?yàn)榄h(huán)境是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的基礎(chǔ),如果人類(lèi)的生存環(huán)境遭到破壞,將嚴(yán)重阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和威脅人類(lèi)的健康與生存。在諸多的環(huán)境問(wèn)題中,大氣污染是一個(gè)十分嚴(yán)重的問(wèn)題。大氣是人類(lèi)生存不可缺少的最基本條件,但由于人類(lèi)活動(dòng)和自然過(guò)程引起的某些物質(zhì)介入到大氣中,使大氣中固有的正常成分中增加了新的有害成分,一旦積累到足夠的濃度,達(dá)到足夠的時(shí)間,就會(huì)對(duì)人類(lèi)活動(dòng)、動(dòng)植物以及環(huán)境造成危害。大氣污染之所以發(fā)展成一個(gè)問(wèn)題,首先是由于人類(lèi)對(duì)能源的無(wú)節(jié)制利用,其次是城市人口的增加。18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命和工業(yè)革命后,工業(yè)用的燃料更多,對(duì)大氣的污染更加嚴(yán)重。到了19世紀(jì),燃煤釋放的煙氣已成為嚴(yán)重污染問(wèn)題。20世紀(jì)中葉后,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車(chē)數(shù)量急劇增加,并在城市高度集中,汽車(chē)排放的尾氣已發(fā)展成為城市主要大氣污染問(wèn)題。由于城市人口的集中使局部大氣中的污染物濃度提高,而且難以稀釋和擴(kuò)散出去,從而使空氣污染問(wèn)題更為嚴(yán)重。2.2現(xiàn)有三大能源短缺性嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展世界能源主要包括石油、天然氣、煤炭。我國(guó)是一個(gè)能源短缺的國(guó)家,但卻是一個(gè)能源消耗大國(guó)。經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展在很大程度上依賴(lài)于能源供應(yīng)。按照當(dāng)前的能源資源開(kāi)采速度,各種一次能源可供應(yīng)年限,石油8.3年；天然氣24.2年；煤炭42年。汽車(chē)工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)就是能源的消耗及尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染。目前雖有電動(dòng)汽車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)已開(kāi)發(fā)出來(lái)并陸續(xù)上市,但大部分仍在以汽油、柴油為燃料。所以說(shuō)從未來(lái)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,要想讓汽車(chē)擺脫對(duì)化石燃料的依賴(lài),研發(fā)以太陽(yáng)能氫能源為動(dòng)力的汽車(chē)已經(jīng)勢(shì)在必行了,它也必將得到市場(chǎng)的認(rèn)可。3新能源在交通發(fā)展中應(yīng)用3.1新能源分類(lèi)一是來(lái)自地球外部天體的能源：主要是太陽(yáng)能〔除直接輻射外,還能為風(fēng)能、水能、生物能和礦物能源等的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)；二是地球本身蘊(yùn)藏的能量：通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源,如原子核能、地?zé)崮艿?。溫泉和火山爆發(fā)噴出的巖漿就是地?zé)岬谋憩F(xiàn)；三是地球和其他天體相互作用的能量：如潮汐能等；四是氫能源。3.2氫能源自然界儲(chǔ)量十分豐富在自然狀態(tài)下,大氣中只含有微量的氫氣,因此要想利用氫氣必須依靠提取。制取氫氣的資源很多,如煤、石油、天然氣、水等,都可用來(lái)制取氫氣。尤其是水,在地球上的儲(chǔ)量極其豐富,更重要的是其可再生和重復(fù)利用。所以氫氣不像煤、石油、天然氣等有較大的自然儲(chǔ)量,但作為長(zhǎng)期來(lái)源的資源是非常豐富的。這為氫氣的廣泛研究和使用提供了保障。氫的制取方法有水分解制氫；生物制氫<1細(xì)菌制取氫氣如紅螺菌,2用綠藻生產(chǎn)氫氣3酶制取氫氣>。生物制氫思路1966年提出,1990年后受到空前重視。從1990年開(kāi)始,德、日、美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家成立了專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu),制訂了生物制氫的發(fā)展計(jì)劃,通過(guò)對(duì)省去制氫技術(shù)的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究,在21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。3.3氫能源作為主要內(nèi)燃機(jī)燃料傳統(tǒng)的小轎車(chē),功率一般在幾十千瓦左右,而太陽(yáng)輻射功率至多1kW/㎡,目前的光電轉(zhuǎn)換效率小于30%。因此全部用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的轎車(chē),需要幾十平方米的接收面積,顯然難以達(dá)到。但在傳統(tǒng)汽車(chē)上可以用太陽(yáng)能作為輔助動(dòng)力,以減少常規(guī)燃料的消耗,而且現(xiàn)代汽車(chē)的電器化程度曰益提高,各輔助設(shè)備的耗電量也因此急劇增加。所以未來(lái)汽車(chē)必以電能、氫燃料為主驅(qū)動(dòng)力,太陽(yáng)能為汽車(chē)輔助設(shè)備的能源,其中電能來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能、礦物能源、地?zé)崮?、潮汐能及原子核能。這就構(gòu)成了太陽(yáng)能和其他能源混合驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。氫氣可謂是最清潔最理想的能源,新能源太陽(yáng)能氫能系統(tǒng)是全世界各國(guó)的研究方向。3.4氫燃料汽車(chē)的應(yīng)用發(fā)展人類(lèi)一直在尋找替代汽油的清潔能源,氫被眾多汽車(chē)廠家及行業(yè)專(zhuān)家認(rèn)為是最具可行的替代能源之一。氫能汽車(chē)是以氫為主要能量的汽車(chē)。氫能汽車(chē)分兩類(lèi)：1氫燃料汽車(chē)；2氫燃料電池汽車(chē)。氫燃料汽車(chē)不污染環(huán)境,是一種友好的綠色交通工具。缺點(diǎn)是燃燒效率低,大約只有38%,且由于氫燃料熱值高、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤旌椭鸱秶鷮挼?氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)容易發(fā)生早燃、回火、敲缸、負(fù)荷高以及氮氧化合物排放偏高等情況。氫燃料電池汽車(chē)是利用氫燃料電池發(fā)出的動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī),帶動(dòng)汽車(chē)行駛,所以它是一種電動(dòng)汽車(chē)。氫燃料電池汽車(chē)分三類(lèi)：1全氫燃料電池,即汽車(chē)的動(dòng)力全部來(lái)源于氫燃料電池；2氫燃料電池盒其他電池〔如太陽(yáng)能電池板的混合系統(tǒng)即太陽(yáng)能氫能系統(tǒng)；3氫燃料電池與內(nèi)燃機(jī)組成混合動(dòng)力。氫燃料汽車(chē)無(wú)污染、效率高、噪聲低,且隨著燃料電池制造技術(shù)的提高和成本低的降低,將會(huì)是未來(lái)的主要交通工具。早在1984年寶馬公司就著手開(kāi)發(fā)以氫為燃料的氫內(nèi)燃機(jī),經(jīng)過(guò)20多年努力,世界第一輛氫/汽油雙燃料汽車(chē)BMW745iTurbo誕生了,它奠定了這一新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。1999年第一家公共液氫加氣站在慕尼黑開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。20XXBMW實(shí)驗(yàn)車(chē)型H2R賽車(chē)在位于法國(guó)密拉瑪?shù)腂MW高速試車(chē)場(chǎng)創(chuàng)造了9項(xiàng)氫氣內(nèi)燃機(jī)車(chē)記錄。最高時(shí)速達(dá)300km/h以上,破百時(shí)間被嚴(yán)格控制在了6s以?xún)?nèi),并獲得FIA確認(rèn)。20XX,寶馬推出世界第一款氫動(dòng)力豪華轎車(chē)——BMW氫能7系,最小轉(zhuǎn)彎直徑12.6m,綜合油耗為汽油13.9L/100km;綜合氫耗,液氫3.6kg/100km;排放達(dá)標(biāo)為EU4;汽油模式續(xù)駛里程為500km;液氫模式續(xù)駛里程200km;總續(xù)駛能力為700km;0~100km/h加速時(shí)間為9.5s;最高車(chē)速為230km/h。福特汽車(chē)公司成為世界首個(gè)正式生產(chǎn)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車(chē)制造商。福特E-450型氫燃料巴士的動(dòng)力裝置于20XX在北美國(guó)際汽車(chē)展覽會(huì)上首次亮相。在使氫成為切實(shí)可行的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的征程中,氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)邁出了重要的一步。日本的馬自達(dá)公司早在20XX便在東京車(chē)展上展出了名為RX-8HydrogenRE的燃燒后完全無(wú)污染的氫氣燃料汽車(chē)。馬自達(dá)RX-8HydrogenRE是全球第一輛同時(shí)搭載氫燃料與轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)科技的先進(jìn)環(huán)保車(chē),配置高壓氫燃料和汽油油箱,可同時(shí)使用汽油與氫氣,為車(chē)輛提供動(dòng)力來(lái)源。20XX,由XXXX江奎科技有限公司、清華大學(xué)、奇瑞汽車(chē)三方自主研發(fā)的"示范性氫燃料轎車(chē)研制項(xiàng)目"通過(guò)國(guó)家級(jí)專(zhuān)家組評(píng)審,中國(guó)第一輛具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以氫燃料為動(dòng)力的轎車(chē)研制成功,標(biāo)志著中國(guó)氫動(dòng)力技術(shù)已達(dá)國(guó)際同步領(lǐng)先水平。20XX6月18日,我國(guó)自主研制的第一臺(tái)高效低排放氫內(nèi)燃機(jī)在XX長(zhǎng)安汽車(chē)集團(tuán)城地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。高效低排放氫內(nèi)燃機(jī)是國(guó)家"863"計(jì)劃唯一立項(xiàng)的氫燃料重點(diǎn)項(xiàng)目,它的成功點(diǎn)火標(biāo)志著我國(guó)氫內(nèi)燃機(jī)研究技術(shù)獲得突破性進(jìn)展,為氫內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)。4提高能源利用率現(xiàn)有三大能源即將枯竭,主要原因是儲(chǔ)量有限；二是過(guò)度開(kāi)發(fā)；三是沒(méi)有合理有效利用及能源有效利用率低。開(kāi)發(fā)出的新能源必須提高利用率,否則供不應(yīng)求的態(tài)勢(shì)還在阻礙經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。新能源中太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、原子核能、地?zé)崮?、潮汐能我們都轉(zhuǎn)化為電能,建立了各式電站。電能方便運(yùn)輸,有效利用率高。我們研究的氫燃料汽車(chē)不污染環(huán)境,是一種友好的綠色交通工具但是燃燒效率低,大約只有38%,顯然直接作為內(nèi)燃機(jī)燃料很浪費(fèi)的,如果轉(zhuǎn)化為電能應(yīng)用于磁懸浮列車(chē)將大大降低能耗.據(jù)日本研究與實(shí)際試驗(yàn)的而結(jié)果,在500km/h的時(shí)速下能耗僅為飛機(jī)的1/3。據(jù)德國(guó)實(shí)驗(yàn),當(dāng)磁懸浮列車(chē)達(dá)到400km/h時(shí),其每座位公里能耗與時(shí)速300km/h高速輪機(jī)列車(chē)持平；而當(dāng)磁懸浮列車(chē)時(shí)速也降到300km/h時(shí),它的每座位公里能耗可比輪機(jī)鐵路低33%。磁懸浮的發(fā)展是最有潛力,最有發(fā)展必要的。磁懸浮將是21世紀(jì)新型現(xiàn)代化的高速交通工具。5磁懸浮列車(chē)圖5-1行駛中的磁懸浮列車(chē)圖5-2實(shí)驗(yàn)室中的磁懸浮列車(chē)第一條輪軌鐵路出現(xiàn)在1825年,經(jīng)過(guò)140年努力,其運(yùn)營(yíng)速度才突破200km/h,由200km/h到300km/h又花費(fèi)了近30年,雖然技術(shù)還在完善發(fā)展,繼續(xù)提高速度的余地已不大,而困難卻很大,還應(yīng)注意到,輪軌鐵路提高速度的代價(jià)是很高的,300km/h高速鐵路的造價(jià)比200km/h的準(zhǔn)高速鐵路高近倆倍,比120km/h的普通鐵路高三至八倍,繼續(xù)提高速度,其造價(jià)還將繼續(xù)上升。高速公路和航空業(yè)的發(fā)展,鐵路面臨著嚴(yán)重挑戰(zhàn),因?yàn)閭鹘y(tǒng)的輪軌粘著式鐵路是利用車(chē)輪和鋼軌的粘著力使列車(chē)前進(jìn)的,而其粘著系數(shù)又隨著速度的增加而減小,走行阻力卻隨著速度的增加而增大。當(dāng)速度超過(guò)粘著系數(shù)曲線(xiàn)和阻性阻力曲線(xiàn)的焦點(diǎn)時(shí),速度就不可能再進(jìn)一步提高了。如果要想再進(jìn)一步提高速度,同時(shí)又要做到更加安全、舒適,減輕振動(dòng)和噪音,減少能耗,降低運(yùn)輸成本,那么,傳統(tǒng)鐵路將是難以辦到的。與之相比世界上第一個(gè)磁懸浮列車(chē)小型模型是1969年在德國(guó)出現(xiàn)的,日本是1972年造出的,可僅僅十年后的1979年,磁懸浮列車(chē)技術(shù)就創(chuàng)造了517km/h的速度記錄。目前技術(shù)已經(jīng)成熟,可進(jìn)入500km/h的實(shí)用運(yùn)營(yíng)的建造階段。它克服了傳統(tǒng)輪機(jī)鐵路提高速度的主要障礙,發(fā)展前景廣闊。磁懸浮列車(chē)是由無(wú)接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的新型交通工具,磁懸浮列車(chē)分為超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩大類(lèi)。簡(jiǎn)單地說(shuō),從內(nèi)部技術(shù)而言,兩者在系統(tǒng)上存在著是利用磁斥力、還是利用磁吸力的區(qū)別。從外部表象而言,兩者存在著速度上的區(qū)別：超導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)最高時(shí)速可達(dá)500公里以上〔高速輪軌列車(chē)的最高時(shí)速一般為300—350公里,在1000至1500公里的距離內(nèi)堪與航空競(jìng)爭(zhēng)；而常導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)時(shí)速為400～500公里,它的中低速則比較適合于城市間的長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸。磁懸浮列車(chē)?yán)?同性相斥,異性相吸"的原理,讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力,使車(chē)體完全脫離軌道,懸浮在距離軌道約1厘米處,騰空行駛,創(chuàng)造了近乎"零高度"空間飛行的奇跡。在這行研究中,德國(guó)和日本起步最早,但倆國(guó)采用的制式完全不同,德國(guó)采用常導(dǎo)磁吸式,而日本則采用超導(dǎo)磁斥式,在車(chē)輛和線(xiàn)路結(jié)構(gòu)上,在懸浮、導(dǎo)向和推進(jìn)方式上雖然不同,然而基本原理卻是一樣的。日本已在九州宮崎等幾條試驗(yàn)線(xiàn)上懸浮運(yùn)行,創(chuàng)造了517km/h的速度記錄,但因常溫下的超導(dǎo)材料尚未出現(xiàn),還未能投入商業(yè)性的載人運(yùn)行。日本的專(zhuān)家信心十足地認(rèn)為他們的磁懸浮列車(chē)將是"最有發(fā)展前途的列車(chē)"為適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)的需要,日本還要修建50km長(zhǎng)的試驗(yàn)線(xiàn),一條從扎幌道千葉機(jī)場(chǎng),另一條是連接?xùn)|京至甲府的中央線(xiàn)。德國(guó)經(jīng)系統(tǒng)的研究,創(chuàng)造了快捷、安全、可靠地地面運(yùn)輸系統(tǒng)。在300~500km速度范圍,能量消耗和噪音明顯降低,乘客的舒適度比較高。系統(tǒng)設(shè)計(jì)特別考慮了安全性、運(yùn)行可靠性和環(huán)境的影響,廣泛使用了成熟的部件技術(shù),因而將復(fù)雜度、維修量和危害大幅度減少。此外,所有關(guān)鍵系統(tǒng)高度冗余保證了列車(chē)安全、可靠。在農(nóng)村,速度高達(dá)300~500km.在市區(qū),最高速可達(dá)300km/h.與其他工具相比,在相同速度下,污染少、噪音小、能耗低、占地少等優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó)磁懸浮已在上海運(yùn)行,上海磁懸浮列車(chē)是世界上第一段商業(yè)運(yùn)行的磁懸浮列車(chē),設(shè)計(jì)時(shí)速430km/h,實(shí)際時(shí)速380km/h,但是由于技術(shù)方面等問(wèn)題,我國(guó)磁懸浮耗資較大,所以一直沒(méi)有大力推廣。但是,我們可以看到磁懸浮列車(chē)的發(fā)展前景相對(duì)其他交通工具是最廣闊的。5.1世界第一條商業(yè)性運(yùn)營(yíng)線(xiàn)我國(guó)舉世屬目的上海磁懸浮列車(chē)示范線(xiàn)是中國(guó)第一條集城市交通、觀光、旅游于一體的世界第一條商業(yè)性運(yùn)營(yíng)線(xiàn)。該示范線(xiàn)西起上海地鐵二號(hào)線(xiàn)龍陽(yáng)路站南側(cè),東到浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)一期航站樓東側(cè),線(xiàn)路全長(zhǎng)29。863公里,總投資約89億元人民幣。這列當(dāng)今世界上最酷的列車(chē),帶車(chē)頭的車(chē)廂長(zhǎng)27.196米,寬3.7米。中間的車(chē)廂長(zhǎng)24.768米,14分鐘內(nèi)能在上海市區(qū)和浦東機(jī)場(chǎng)之間打個(gè)來(lái)回。置身其中,您將親身體驗(yàn)到這架"陸地客機(jī)"所帶來(lái)的奇異感受。乘客不會(huì)有不適感。軌道全線(xiàn)兩邊50米范圍內(nèi)裝有目前國(guó)際上最先進(jìn)的隔離裝置。磁懸浮列車(chē)的車(chē)窗是減速玻璃,乘客可以更好的觀賞窗外的風(fēng)景。減速玻璃在與車(chē)體接觸的邊緣處有弧度變形,正因?yàn)檫@個(gè)弧度可以使車(chē)外景物在透過(guò)弧度時(shí)發(fā)生變形,從而影響車(chē)內(nèi)乘客的視覺(jué),產(chǎn)生減速的效果。并且在擋風(fēng)玻璃邊緣都有漸淡的點(diǎn)狀黑色裝飾邊,同樣也起到一定效果。它是21世紀(jì)理想的超級(jí)特別快車(chē),世界各國(guó)都十分重視發(fā)展磁懸浮列車(chē)。磁懸浮列車(chē)是一種采用無(wú)接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高速列車(chē)系統(tǒng)。磁懸浮列車(chē)具有快速、低耗、安全、經(jīng)濟(jì)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。磁懸浮列車(chē)從北京運(yùn)行到上海,不超過(guò)4個(gè)小時(shí),從XX至上海只需23分鐘。在時(shí)速達(dá)200公里時(shí),乘客幾乎聽(tīng)不到聲響。磁懸浮列車(chē)采用電力驅(qū)動(dòng),其發(fā)展不受能源結(jié)構(gòu),特別是燃油供應(yīng)的限制,不排放有害氣體。據(jù)專(zhuān)家介紹,磁懸浮線(xiàn)路的造價(jià)只是普通路軌的85%,而且運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng),效益會(huì)更明顯。因?yàn)?磁懸浮列車(chē)的路軌壽命可達(dá)80年,而普通路軌只有60年。磁懸浮列車(chē)車(chē)輛的壽命是35年,輪軌列車(chē)是20至25年。此外,磁懸浮列車(chē)的年運(yùn)行維修費(fèi)僅為總投資的1．2%,而輪軌列車(chē)高達(dá)4．4%。磁懸浮高速列車(chē)的運(yùn)行和維修成本約是輪軌高速列車(chē)的1/4。磁懸浮列車(chē)和輪軌列車(chē)乘客票價(jià)的成本比約為1:2.8。5.2磁懸浮列車(chē)的原理傳統(tǒng)的鐵路列車(chē)都是依靠諸如蒸汽、燃油、電力等各種類(lèi)型機(jī)車(chē)作為牽引動(dòng)力,車(chē)輪和鋼軌之間的相互作用作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向,由車(chē)輪沿著鋼軌滾動(dòng)而前進(jìn)的。而磁懸浮列車(chē)則是一種依靠電磁場(chǎng)特有的"同性相斥、異性相吸"的特性將車(chē)輛托起,使整個(gè)列車(chē)懸浮在線(xiàn)路上,利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向,并利用直線(xiàn)電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成推進(jìn)力,來(lái)推動(dòng)列車(chē)前進(jìn)的交通工具。雖然磁懸浮列車(chē)仍然屬于陸上有軌交通運(yùn)輸系統(tǒng),并保留了軌道、道岔和車(chē)輛轉(zhuǎn)向架及懸掛系統(tǒng)等許多傳統(tǒng)機(jī)車(chē)車(chē)輛的特點(diǎn),但由于列車(chē)在牽引運(yùn)行時(shí)與軌道之間無(wú)機(jī)械接觸,因此從根本上克服了傳統(tǒng)列車(chē)輪軌粘著限制、機(jī)械噪聲和磨損等問(wèn)題,是一種新型的載運(yùn)工具,其速度介于輪軌高速列車(chē)<400km/h>與飛機(jī)<700km/h>之間,而造價(jià)比地鐵低。如上海地鐵造價(jià)為每公里人民幣8億元,而上海磁懸浮試驗(yàn)線(xiàn)的造價(jià)約每公里人民幣3億元。磁懸浮列車(chē)按懸浮方式可分為常導(dǎo)磁吸型和超導(dǎo)排斥型兩大類(lèi)。常導(dǎo)磁吸型以德國(guó)高速常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)為代表。它是利用普通直流電磁鐵電磁吸力的原理,由車(chē)上常導(dǎo)電流產(chǎn)生電磁引力,吸引軌道下的導(dǎo)磁體,使列車(chē)浮起。常導(dǎo)磁吸型技術(shù)較簡(jiǎn)單,產(chǎn)生的電磁吸力相對(duì)較小,懸浮的氣隙較小,一般為8mm～10mm。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車(chē)的速度可達(dá)400km/h～500km/h,適合于城市間的長(zhǎng)距離快速運(yùn)輸。超導(dǎo)排斥型磁懸浮列車(chē)以日本為代表。它是利用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)在列車(chē)運(yùn)行時(shí)與布置在地面上的線(xiàn)圈相互作用,產(chǎn)生電動(dòng)斥力將列車(chē)懸起,懸浮氣隙較大,一般為100mm左右,技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜,并需屏蔽發(fā)散的電磁場(chǎng),速度可達(dá)500km/h以上。根據(jù)行駛速度的不同,又可分為高速型和中低速型。超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的最主要特征就是其超導(dǎo)元件在相當(dāng)?shù)偷臏囟认滤哂械耐耆珜?dǎo)電性和完全抗磁性。超導(dǎo)體由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線(xiàn)圈構(gòu)成,它不僅電阻為0,而且可以傳導(dǎo)普通導(dǎo)線(xiàn)根本無(wú)法比擬的強(qiáng)大電流。磁懸浮列車(chē)的研究和制造涉及自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、直線(xiàn)推進(jìn)技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、故障檢測(cè)與診斷、通訊與信號(hào)控制等眾多學(xué)科,技術(shù)十分復(fù)雜。5.2.1懸浮與推進(jìn)原理磁懸浮列車(chē)?yán)?同性磁極相斥,異性磁極相吸"的原理,讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力,使車(chē)體完全脫離軌道,懸浮在距離軌道約10mm處,騰空行駛。磁懸浮列車(chē)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)用同步直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的原理。在位于軌道倆側(cè)的線(xiàn)圈里流動(dòng)的交流電,能將線(xiàn)圈變?yōu)殡姶朋w。由于它與列車(chē)上的超導(dǎo)電磁體的相互作用,就使列車(chē)開(kāi)動(dòng)起來(lái)。列車(chē)前進(jìn)是因?yàn)榱熊?chē)頭部的電磁體〔N級(jí)被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體〔S級(jí)所吸引,并且同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體〔N級(jí)所排斥。當(dāng)列車(chē)到達(dá)下一位置,在線(xiàn)圈里流動(dòng)的電流流向就反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)了。其結(jié)果就是原來(lái)那個(gè)S級(jí)線(xiàn)圈,現(xiàn)在變?yōu)镹級(jí)線(xiàn)圈了,反之亦然。這樣,列車(chē)由于電磁鐵極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。根據(jù)車(chē)速,通過(guò)電能轉(zhuǎn)換器調(diào)整在線(xiàn)圈里流動(dòng)的交流電的頻率和電壓。同推進(jìn)原理相同,當(dāng)列車(chē)需要減速時(shí),就在相當(dāng)于定子的懸浮電磁鐵中通入反向交流電流,這樣產(chǎn)生的與列車(chē)行進(jìn)方向相反的磁場(chǎng)就會(huì)給列車(chē)一制動(dòng)力,使得列車(chē)減速。此時(shí)加速與減速作用時(shí)間相等。另外,如不通入反向電流而停止通電,一樣能得到減速剎車(chē)的效果,只是加速度較小。磁懸浮列車(chē)主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成。由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式,磁懸浮列車(chē)因此也有兩種相應(yīng)工作形式：一種是以德國(guó)為代表的常規(guī)磁鐵吸引時(shí)懸浮系統(tǒng)━━━EMS系統(tǒng),它利用常規(guī)的電磁鐵與一般鐵磁性物質(zhì)相吸引的基本原理,把列車(chē)吸引上來(lái),懸空運(yùn)行。另一種是以日本為代表的排斥懸浮系統(tǒng)━━━EDS系統(tǒng),它使用超導(dǎo)的磁懸浮原理,使車(chē)輪與鋼軌之間產(chǎn)生排斥力,使列車(chē)懸空運(yùn)行。不同的懸浮系統(tǒng),其懸浮原理不同。磁懸浮列車(chē)上裝有電磁體,鐵路底部則安裝線(xiàn)圈。通電后,地面線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)極性與列車(chē)上的電磁體極性總保持相同,兩者"同性相斥",排斥力使列車(chē)懸浮起來(lái)。鐵軌兩側(cè)也裝有線(xiàn)圈,交流電使線(xiàn)圈變?yōu)殡姶朋w。它與列車(chē)上的電磁體相互作用,使列車(chē)前進(jìn)。列車(chē)頭的電磁體〔N極被軌道上靠前一點(diǎn)的電磁體〔S極所吸引,同時(shí)被軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體〔N極所排斥,結(jié)果是一"推"一"拉"。這樣,列車(chē)由于電磁極性的轉(zhuǎn)換而得以持續(xù)向前奔馳。1.EMS系統(tǒng)懸浮原理電磁懸浮系統(tǒng)〔EMS是一種常導(dǎo)吸力懸浮系統(tǒng),它是結(jié)合在機(jī)車(chē)上的電磁鐵和導(dǎo)軌上的鐵磁軌道相互吸引產(chǎn)生懸浮。常導(dǎo)磁懸浮工作時(shí),首先調(diào)整車(chē)輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力,與地面軌道倆側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車(chē)浮起。在車(chē)輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下,使車(chē)輪與軌道保持一定的側(cè)向距離,實(shí)現(xiàn)軌道在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和無(wú)接觸導(dǎo)向。車(chē)輛與行車(chē)軌道之間的懸浮信息間隙為10mm,s是通過(guò)一套高精度電子調(diào)整系統(tǒng)得以保證的。此外由于懸浮和導(dǎo)向?qū)嶋H上與列車(chē)運(yùn)行速度無(wú)關(guān),所以即使在列車(chē)停車(chē)狀態(tài)下列車(chē)仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。磁懸浮車(chē)輛結(jié)構(gòu)主要是由車(chē)體〔也稱(chēng)為車(chē)廂夾層結(jié)構(gòu)和懸浮架組成。車(chē)廂與走行機(jī)構(gòu)的懸浮架之間通過(guò)二系懸掛以及牽引拉桿相互連接。夾層要連接車(chē)廂和安裝走行機(jī)構(gòu),以及安裝信號(hào)和電力設(shè)備等。懸浮架是車(chē)輛的走行機(jī)構(gòu),其作用是裝載電磁鐵,且將懸浮力、導(dǎo)向力、牽引力和制動(dòng)力通過(guò)二系懸掛系統(tǒng)傳遞給車(chē)廂。2.EDS系統(tǒng)懸浮原理電力懸浮系統(tǒng)〔EDS是一種斥力懸浮系統(tǒng),它利用了超導(dǎo)體的完全導(dǎo)電性和完全抗磁性。超導(dǎo)體的完全導(dǎo)電性。超導(dǎo)體的完全導(dǎo)電性是指在相當(dāng)?shù)偷臏囟认鲁瑢?dǎo)態(tài)電阻為零的特性,當(dāng)電阻為零時(shí),可以傳導(dǎo)超大電流。超導(dǎo)態(tài)的另一個(gè)基本性質(zhì)是抗磁性,即在磁場(chǎng)中一個(gè)超導(dǎo)體只要處于超導(dǎo)態(tài),則它內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)完全抵消,從而內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。也就是說(shuō),磁力線(xiàn)完全被排斥在超導(dǎo)體外面。因而超導(dǎo)體能夠支撐體積小功率強(qiáng)大的電磁鐵,利用超導(dǎo)的抗磁性可以實(shí)現(xiàn)磁懸浮。如果把一塊磁鐵放在超導(dǎo)盤(pán)上,由于超導(dǎo)盤(pán)把磁感應(yīng)線(xiàn)排斥出去,超導(dǎo)盤(pán)跟磁鐵之間有排斥力,就可以使磁鐵懸浮在超導(dǎo)盤(pán)的上方。超導(dǎo)磁懸浮就是利用了這一懸浮原理。由于導(dǎo)軌產(chǎn)生的懸浮磁場(chǎng)為感應(yīng)磁場(chǎng),列車(chē)運(yùn)行速度越高則懸浮力越大。當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度低于120km/h之后,所產(chǎn)生的懸浮力較小,不足以支撐車(chē)輛懸浮。故當(dāng)運(yùn)行速度低于120km/h時(shí),日本的超導(dǎo)磁懸浮車(chē)輛需依靠安裝在轉(zhuǎn)向架底部的車(chē)輪支撐行駛,當(dāng)速度高于120km/h時(shí),車(chē)輛就自動(dòng)懸浮起來(lái)。車(chē)輛以500km/h的速度運(yùn)行時(shí),其懸浮高度約為10cm。5.2.2導(dǎo)向原理導(dǎo)向系統(tǒng)是用一種側(cè)向力來(lái)保證懸浮的機(jī)車(chē)能夠沿著軌道的方向運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。必須的推力與選福利類(lèi)似,在機(jī)車(chē)底板上的同一塊電磁鐵可以同時(shí)為導(dǎo)向系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)提供動(dòng)力,也可以采用獨(dú)立的導(dǎo)向系統(tǒng)電磁鐵。5.3新型磁懸浮列車(chē)原理與設(shè)計(jì)為了克服現(xiàn)有磁懸浮列車(chē)普遍存在投資大、造價(jià)高、軌道路面平整度要求高、技術(shù)要求高等缺點(diǎn),本人設(shè)計(jì)了一種懸浮和導(dǎo)向簡(jiǎn)單、并且節(jié)能效果明顯的新型磁懸浮列車(chē)。該新型磁懸浮列車(chē)綜合利用德國(guó)EMS制的磁吸力原理、日本EDS制的磁斥力原理以及美國(guó)magplane和UrbanMaglev方案中的懸浮原理。以下具體分析其結(jié)構(gòu)及工作原理：該磁懸浮列車(chē)主要有車(chē)載懸浮磁體1、懸浮鋁板2、推進(jìn)磁體6、驅(qū)動(dòng)繞組7、車(chē)體8和路軌9。該實(shí)施例的懸浮鋁板2分別敷設(shè)在路軌豎直軌道面面上懸浮陣列。其中兩列懸浮陣列呈豎直放置,左右各一列,具體來(lái)說(shuō)就是：懸浮鋁板2敷設(shè)在路軌的兩條豎直的平行軌道面壁上,懸浮鋁板2與懸浮鋁板2左右相向排列,車(chē)載懸浮磁體1豎直地非接觸性地插入路軌懸浮鋁板2之間形成懸浮陣列,車(chē)載懸浮磁體1表面積最大的面與懸浮鋁板2表面積最大的面相向平行,其磁軸垂直于懸浮鋁板表面積最大的面。該懸浮系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)合二為一,懸浮系統(tǒng)既用于列車(chē)懸浮又用于列車(chē)導(dǎo)向〔如下圖3所示,圖3中車(chē)載懸浮磁體1采用銣鐵硼等強(qiáng)力永久磁體,也可采用電磁體、超導(dǎo)磁體等。圖5-31為車(chē)載懸浮磁體、2為懸浮鋁板、6為推進(jìn)磁體、7為驅(qū)動(dòng)繞組、8為車(chē)體、9為路軌。新型磁懸浮列車(chē)綜合利用德國(guó)EMS制的磁吸力原理、日本EDS制的磁斥力原理以及美國(guó)magplane和UrbanMaglev方案中的懸浮原理,將車(chē)載懸浮磁體非接觸性地插入懸浮鋁板之間,利用磁體與鋁板作相對(duì)運(yùn)動(dòng)在鋁板內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流及感應(yīng)磁場(chǎng)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)的懸浮和導(dǎo)向,其性能比其他磁懸浮系統(tǒng)更為優(yōu)越,是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮艖腋×熊?chē)。1.懸浮原理：當(dāng)列車(chē)處于整個(gè)軌道的正中央運(yùn)行時(shí),由于車(chē)載懸浮磁體1非接觸性地插入懸浮鋁板2之間,根據(jù)磁體與導(dǎo)體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)將在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流的原理〔楞次定律,當(dāng)車(chē)載懸浮磁體1與懸浮鋁板2作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),懸浮鋁板2里產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與車(chē)載懸浮磁體1的磁場(chǎng)方向相反,懸浮鋁板2與車(chē)載懸浮磁體1之間出現(xiàn)磁斥力。在豎直的懸浮陣列中,F1和F3分別代表磁懸浮列車(chē)的車(chē)載懸浮磁體1和懸浮鋁板2相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁斥力,F1和F3沿豎直方向的合力起著列車(chē)懸浮的作用,F1和F3沿水平方向的合力起著列車(chē)導(dǎo)向的作用。該懸浮列車(chē)的懸浮力隨列車(chē)速度增大而變大,列車(chē)在啟動(dòng)時(shí)有最低的懸浮速度,因而它有小輔助輪,當(dāng)列車(chē)低于該速度運(yùn)行時(shí),車(chē)體由輪子支撐運(yùn)行,當(dāng)列車(chē)達(dá)到某一個(gè)速度時(shí),列車(chē)起浮,車(chē)速達(dá)到兩、三百公里,懸浮非常明顯,達(dá)到四、五百公里,懸浮更高?？傊?車(chē)速越快懸浮越高。圖5-4實(shí)施方案的懸浮力示意圖2.導(dǎo)向原理：當(dāng)列車(chē)處于整個(gè)軌道的正中央運(yùn)行時(shí),列車(chē)左懸浮陣列沿水平方向的合力與列車(chē)右懸浮陣列沿水平方向的合力都為零。但當(dāng)列車(chē)不處于軌道正中央時(shí),則左右合力不為零。當(dāng)列車(chē)向左偏移時(shí),列車(chē)右懸浮陣列的車(chē)載懸浮磁體1會(huì)向該懸浮陣列的左懸浮鋁板靠近而遠(yuǎn)離該懸浮陣列的右懸浮鋁板,此時(shí),F1大于F3,列車(chē)右懸浮陣列沿水平方向的合力向右；同樣原理可以得出列車(chē)左懸浮陣列沿水平方向的合力也向右,這樣列車(chē)被迫右移。當(dāng)列車(chē)向右偏移時(shí)情況正好相反,列車(chē)受到沿水平方向的總合力向左,這樣列車(chē)被迫左移。因此,只有列車(chē)在整個(gè)軌道的正中央位置時(shí),列車(chē)受到沿水平方向的合力才為零,這樣就保證了列車(chē)在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛。3.推進(jìn)原理：實(shí)施方案的推進(jìn)系統(tǒng)主要有驅(qū)動(dòng)繞組和推進(jìn)磁體,該推進(jìn)系統(tǒng)分兩種〔即長(zhǎng)定子和短定子：第一種推進(jìn)系統(tǒng)由軌道路面中間的驅(qū)動(dòng)繞組和列車(chē)底部中間的車(chē)載推進(jìn)磁體構(gòu)成,作為直線(xiàn)電機(jī)的定子〔即驅(qū)動(dòng)繞組沿著軌道連續(xù)分布,而作為車(chē)載推進(jìn)磁體的轉(zhuǎn)子固定在列車(chē)上,推力由軌道上驅(qū)動(dòng)繞組的交流電流產(chǎn)生；該推進(jìn)系統(tǒng)系統(tǒng)采用分段供電,大約2～3km為一個(gè)供電區(qū),每個(gè)供電區(qū)通過(guò)沿線(xiàn)分布的供電柜供電,使驅(qū)動(dòng)繞組與列車(chē)下面的車(chē)載推進(jìn)磁體或者動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)非接觸性牽引和制動(dòng),由于列車(chē)推進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)繞組<定子電樞>安裝在路軌上,功率電源放置在地面,用接力的方式驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行,運(yùn)行更加可靠。由于不需要受流軌供電,所以列車(chē)運(yùn)行無(wú)須饋電線(xiàn)和集電弓。第二種推進(jìn)系統(tǒng)由軌道路面中間的推進(jìn)磁體和列車(chē)底部中間的車(chē)載驅(qū)動(dòng)繞組構(gòu)成,推進(jìn)磁體的定子沿著軌道連續(xù)分布,而作為直線(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子〔即驅(qū)動(dòng)繞組固定在列車(chē)上,推力是由列車(chē)驅(qū)動(dòng)繞組的交流電流產(chǎn)生的,驅(qū)動(dòng)繞組與軌道上面的推進(jìn)磁體或者動(dòng)力集成繞組產(chǎn)生電感應(yīng)而驅(qū)動(dòng)列車(chē),由于推進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)繞組安裝在列車(chē)上,需要受流軌供電,所以列車(chē)運(yùn)行時(shí)需要饋電線(xiàn)和集電弓。4.補(bǔ)充圖片:車(chē)載懸浮磁體示意圖3。圖中箭頭代表磁軸方向,N代表北極,S代表南極,磁軸方向?yàn)?0由S極指向N極,雙箭頭11代表磁體的寬度。車(chē)載磁體采用片狀強(qiáng)力永磁體〔或電磁體,永磁體疊加起來(lái)構(gòu)成磁模塊并封裝在列車(chē)底部的磁體柜中。圖5-5車(chē)載懸浮磁體示意圖5.3.1該新型的磁懸浮列車(chē)的優(yōu)勢(shì)一是技術(shù)要求低：由于車(chē)載懸浮磁體1是豎直地非接觸性地插入路軌懸浮鋁板2之間之間形成懸浮陣列,車(chē)載懸浮磁體1在列車(chē)加速時(shí)就會(huì)在懸浮鋁板2間上浮,在列車(chē)減速時(shí)就會(huì)下降,因此列車(chē)的懸浮力是由車(chē)載懸浮磁體1與懸浮鋁板2作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度以及車(chē)載懸浮磁體1在懸浮鋁板2之間的插入量來(lái)決定的。在同一條線(xiàn)路上,列車(chē)速度越大則懸浮力越大而插入量越??；速度越小則懸浮力越小而插入量越大。只要列車(chē)上用來(lái)固定車(chē)載懸浮磁體1的豎直底架有一定長(zhǎng)度,列車(chē)就能夠在一個(gè)比較大的浮降范圍內(nèi)而能夠使底架不會(huì)接觸路基軌道面,所以該磁懸浮列車(chē)對(duì)路基下沉量等技術(shù)的要求比普通磁懸浮列車(chē)低得多。二是懸浮力大：該磁懸浮系統(tǒng)充分利用了同一磁體的N極和S極兩個(gè)磁極參與懸浮,因而該磁懸浮系統(tǒng)的懸浮力大。三是列車(chē)和軌道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低：懸浮系統(tǒng)的路軌面僅為鋁板,鋁在地球上儲(chǔ)量豐富,來(lái)源廣泛,車(chē)載懸浮磁體可采用永磁體,這使得整個(gè)懸浮系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理非常簡(jiǎn)單,系統(tǒng)可靠性大幅提高,建造更方便,維修更簡(jiǎn)單。同時(shí),列車(chē)的懸浮和導(dǎo)向系統(tǒng)合二為一,不但簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、節(jié)省了造價(jià),又能夠保證列車(chē)在任何速度下都能穩(wěn)定地處于軌道中心行駛。四是節(jié)能環(huán)保：懸浮系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)由于采用鋁板和永磁體,其除了渦流損耗外幾乎不耗電,只有推進(jìn)系統(tǒng)耗電。五是安全性高：由于列車(chē)的上浮和下降有較大的空間范圍,懸浮剛度大,因而安全性能高。同時(shí),該懸浮列車(chē)有輔助輪,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)發(fā)生故障得停車(chē)或者緊急情況或者列車(chē)突然失去懸浮力,輔助輪便作為一種保護(hù)措施,使列車(chē)可以借助輔助輪慢慢停下來(lái),防止車(chē)體直接與軌道相撞。而且即使驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)發(fā)生故障或線(xiàn)路停電,列車(chē)的慣性運(yùn)動(dòng)也能夠使車(chē)載懸浮磁體與懸浮鋁板間產(chǎn)生磁斥力,這種磁斥力是逐漸變小的,因而懸浮力也是逐漸變小的,這樣列車(chē)不會(huì)出現(xiàn)突然失去懸浮力的現(xiàn)象。六是該新型磁懸浮列車(chē)的道岔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不占地和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。七是由于該新型磁懸浮列車(chē)的車(chē)載懸浮磁體主要是插入路軌的懸浮鋁板之間,磁場(chǎng)被封閉在路軌豎槽里,不向外散發(fā),所以磁場(chǎng)輻射對(duì)路軌沿線(xiàn)居民的傷害小。5.3.2該新型的磁懸浮列車(chē)的道岔目前高速磁懸浮列車(chē)面臨的難點(diǎn)之一就是道岔問(wèn)題。在本磁懸浮方案中,由于車(chē)載懸浮磁體是豎直地非接觸性地插入路軌懸浮鋁板之間形成懸浮陣列,軌道結(jié)構(gòu)是豎槽型或空心體,車(chē)載懸浮磁體在豎槽里運(yùn)行,所以道岔的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。道岔的工作原理如圖4和圖5所示的道岔俯視圖,圖中道岔頭13的上表面略呈扁長(zhǎng)三角形,道岔頭13置于道岔口的軌道豎槽里。圖5-6道岔俯視圖,圖中9為路軌、13為道岔頭、雙箭頭14和15為列車(chē)運(yùn)動(dòng)方向當(dāng)列車(chē)需要按圖4中箭頭14所示方向的軌道運(yùn)行時(shí),道岔頭13便擋住了所有通往箭頭15所示方向的軌道；而當(dāng)列車(chē)需要按圖5中箭頭15所示方向的軌道運(yùn)行時(shí),道岔頭13便擋住了所有通往箭頭14所示方向的軌道。道岔頭13在道岔口的移動(dòng)由電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,道岔頭13只需在道岔口水平移動(dòng),按照?qǐng)D4和圖5就是上下移動(dòng)。例如,把圖4所示的所有道岔頭水平移動(dòng)則變成了圖5所示的道岔,這時(shí)列車(chē)沿箭頭15所示方向的軌道運(yùn)行；若把圖5所示的所有道岔頭平移則變成了圖4所示的道岔,這時(shí)列車(chē)沿箭頭14所示方向的軌道運(yùn)行。圖5-7道岔俯視圖,圖中9為路軌、13為道岔頭、雙箭頭14和15為列車(chē)運(yùn)動(dòng)方向當(dāng)然道岔頭還可以設(shè)計(jì)成升降式,當(dāng)列車(chē)需要按圖4中箭頭14所示方向的軌道運(yùn)行時(shí),道岔頭便從豎槽型軌道底部升上來(lái),擋住所有通往箭頭15所示方向的軌道；而當(dāng)列車(chē)需要按圖4中箭頭15所示方向的軌道運(yùn)行時(shí),則上述所有擋住通往箭頭15所示方向軌道的道岔頭便下降至豎槽型軌道底部,而用來(lái)?yè)踝∷型ㄍ^14所示方向軌道的道岔頭則從豎槽型軌道底部升上來(lái),變成圖5所示,反之亦然。毫無(wú)疑問(wèn),這種結(jié)構(gòu)是既簡(jiǎn)單便于操作又不占地。道岔頭13如下圖6所示：圖5-8道岔頭13示意圖,2為懸浮鋁板補(bǔ)充說(shuō)明：1.車(chē)載懸浮磁體主要采用銣鐵硼等強(qiáng)力永久磁體,當(dāng)然不排除采用電磁體、超導(dǎo)磁體等,對(duì)推進(jìn)磁體,中低速以永久磁體為佳,而高速時(shí)則可采用電磁體或超導(dǎo)磁體。2.為了防止車(chē)載磁體吸附路軌上的微小鐵磁物質(zhì),可以在每天清晨第一趟列車(chē)發(fā)車(chē)前由專(zhuān)門(mén)的鐵磁清掃車(chē)對(duì)路軌進(jìn)行一次徹底清掃,或者在列車(chē)車(chē)頭的前部加裝鐵磁清掃器。3.對(duì)推進(jìn)磁體不一定要粘在列車(chē)底架上,也可以固定在一個(gè)能夠徑向運(yùn)動(dòng)的裝置上。該裝置為電子調(diào)節(jié)系統(tǒng),可以自動(dòng)調(diào)節(jié)推進(jìn)磁體與驅(qū)動(dòng)繞組之間的氣隙,保證推進(jìn)磁體與驅(qū)動(dòng)繞組之間有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的間隙。4.和美國(guó)的Magplane和UrbanMaglev一樣,采用整體鋁導(dǎo)電板,渦流損耗會(huì)大些,當(dāng)然對(duì)一條線(xiàn)路來(lái)說(shuō),用電量不是主要的,最主要的是要降低造價(jià)。5.4磁懸浮列車(chē)模型舉例計(jì)算磁懸浮列車(chē)的原理如圖所示,在水平面上,兩根平行的直導(dǎo)軌間有豎直方向且等間距的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2,導(dǎo)軌上有金屬框abcd,金屬框?qū)挾扰c每個(gè)磁場(chǎng)的寬度相同,當(dāng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和B2同時(shí)以v沿直導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)時(shí),金屬框也會(huì)沿直導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng),設(shè)直導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.4m,B1=B2=1T,磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度為v=5m/s,金屬框的電阻為R=2Ω.計(jì)算：〔1金屬框?yàn)槭裁催\(yùn)動(dòng)？若金屬框不受阻力時(shí),金屬框如何運(yùn)動(dòng)〔真空管道磁懸浮模型>〔2當(dāng)金屬框始終受到f=1N的阻力時(shí),金屬框最大速度是多少。〔3當(dāng)金屬框始終受到1N的阻力時(shí),要使金屬框維持最大速度,每秒鐘需消耗多少能量？這些能量是誰(shuí)提供的。計(jì)算：〔1金屬框在安培力的作用下運(yùn)動(dòng),不受阻力時(shí),框向右做變加速運(yùn)動(dòng),最后以5m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)?！?當(dāng)框受阻力時(shí),由受力分析得F安－f=ma［〔V－V〔B+B2L/R］－f=ma,當(dāng)a=0時(shí),有4〔V-VB2L/R=f,代入數(shù)據(jù)得V=1.875m/s.〔3由能量轉(zhuǎn)換得W=fVt+［〔V-V〔B+BL］2t/R=1.875J+3.125J=5J5.5磁懸浮發(fā)展優(yōu)勢(shì)磁懸浮列車(chē)做到了更加安全、舒適,減輕振動(dòng)和噪音,減少能耗和降低運(yùn)輸成本。突破了傳統(tǒng)鐵路的各種困難。吸力型磁懸浮列車(chē)原理系統(tǒng)工作時(shí),支撐電磁鐵通過(guò)控制器的自動(dòng)調(diào)節(jié),產(chǎn)生和整個(gè)車(chē)體的重量相等的磁力,使得車(chē)體脫離同軌道的約束,并保持一定的間隙,從而可以在很大程度上消除鐵軌的不平造成的高頻干擾,同時(shí)車(chē)體與軌道脫離機(jī)械接觸,不存在常規(guī)列車(chē)的輪軌碰撞噪音,從而乘坐的舒適性得到了保證;導(dǎo)向電磁鐵的作用是使車(chē)體側(cè)向穩(wěn)定和控制車(chē)體前進(jìn)的方向。由于車(chē)體與軌道之間無(wú)機(jī)械摩擦,列車(chē)靠直線(xiàn)電機(jī)和鐵軌的相互作用獲得前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力,其爬坡力也較常規(guī)輪軌列車(chē)強(qiáng)〔輪軌列車(chē)前進(jìn)依賴(lài)的是輪軌之間的粘軸力另一方面,由于采用轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu),使得"越軌"事故不可能發(fā)生,從而乘坐較安全。斥力磁懸浮與吸力類(lèi)似。由原理可以知道它具有以下優(yōu)點(diǎn)：<1>速度快：常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)車(chē)速可達(dá)400～500km/h,超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)車(chē)速可達(dá)500～600km/h.它是當(dāng)今世界最快的地面客運(yùn)交通工具,它的高速度使其在1000～1500km之間的旅行距離比乘坐飛機(jī)更優(yōu)越。<2>運(yùn)行成本和能耗低：由于沒(méi)有輪子、無(wú)摩擦等因素,它比目前最先進(jìn)的高速火車(chē)省電30％.在500km?h速度下,每座位每公里的能耗僅為飛機(jī)的三分之一至二分之一,比汽車(chē)也少耗能30%。<3>維修少。磁懸浮列車(chē)屬于無(wú)磨損運(yùn)行,需要維修的主要是電氣設(shè)備。隨著電子工業(yè)的發(fā)展,電子元件的可靠性將不斷提高。因此,磁懸浮列車(chē)的維修工作量較少。<4>有利于環(huán)保。磁懸浮列車(chē)采用電力驅(qū)動(dòng),不需燃油,這使它的發(fā)展不受能源結(jié)構(gòu),特別是燃油供應(yīng)的限制；同時(shí),無(wú)有害氣體排放,環(huán)境污染小。它在運(yùn)行時(shí)不與軌道發(fā)生摩擦,所以發(fā)出的噪聲很低。<5>安全性高。磁懸浮列車(chē)在軌道上運(yùn)行,按飛機(jī)的防火標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行配置。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其不會(huì)出軌,具有較高的安全性。<6>轉(zhuǎn)彎半徑小,爬坡能力強(qiáng)。由于磁懸浮高速列車(chē)具有較高的爬坡能力<10%,而一般鐵路為3%>和較小的曲線(xiàn)半徑<速度300km/h時(shí),磁懸浮鐵路為R2350m,傳統(tǒng)鐵路為R3350m>,因而其線(xiàn)路對(duì)地形的適應(yīng)性非常靈活。<7>具有乘坐舒適、啟動(dòng)快、制動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。磁懸浮不僅在交通運(yùn)輸中可以得到很好應(yīng)用,隨著越來(lái)越高的摩天大樓在各地落成,而今普遍使用的鋼索懸掛式電梯已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代生活的需求。這是因?yàn)殇撍鞯拈L(zhǎng)度隨著樓層的增高而相應(yīng)增加,這些鋼索會(huì)由于承受不了自身的重力,還沒(méi)有掛電梯就會(huì)被拉斷。未來(lái)解決這些問(wèn)題,磁浮電梯在以后也將開(kāi)發(fā)出來(lái)。5.5.1我國(guó)具備發(fā)展磁懸浮列車(chē)的需求我國(guó)幅員遼闊、人口眾多,800～1500km中長(zhǎng)距離的客運(yùn)市場(chǎng)潛力巨大。21世紀(jì),隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展和社會(huì)飛速進(jìn)步、已經(jīng)并將繼續(xù)產(chǎn)生極大的高速客運(yùn)交通需求。目前,我國(guó)大容量高速客運(yùn)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)還遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平,迄今尚無(wú)一條真正意義上的高速鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn),未來(lái)幾年迫切需要建設(shè)、發(fā)展與高速客運(yùn)交通需求相適應(yīng)的高速軌道交通體系。高速磁浮交通系統(tǒng)由于有著較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行速度,不僅適合于相距數(shù)百公里至一千多公里的交通樞紐之間的大運(yùn)量快速客運(yùn)交通,而且還適合于相距數(shù)十公里至數(shù)百公里的中心城市與附近重要城市之間的現(xiàn)代大容量高速客運(yùn)交通系統(tǒng),將是中國(guó)選擇建設(shè)大容量客運(yùn)體系時(shí)考慮的重要方案之一。<京滬1320公里,京廣港澳2550公里,哈大940公里,XX寶1030公里,浙贛940公里,津?yàn)c730公里,滬杭194公里>大多在100公里以上。500公里／小時(shí)的磁懸浮列車(chē)比300公里／小時(shí)的高速輪軌列車(chē)在旅客選擇民航或鐵路中具有顯著的優(yōu)越性。高速磁懸浮的投資成本比高速輪軌相差不多,其更高速的優(yōu)越性無(wú)疑應(yīng)該成為優(yōu)先選擇的方案。高速磁懸浮的投資的確比高速輪軌鐵路高1.2-1.5倍,但前者的速度卻比后者要高出50-70%,這樣比較起來(lái),其實(shí)是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展與經(jīng)驗(yàn)的積累,其降低投資的可能性與幅度可能遠(yuǎn)大與高速輪軌。

我國(guó)第一條鐵路建成在1876年,經(jīng)過(guò)七十多年的發(fā)展,全國(guó)解放時(shí)總長(zhǎng)2.18萬(wàn)公里,承擔(dān)全國(guó)65%的客運(yùn)量和約85%的旅客周轉(zhuǎn)量,是主要的客運(yùn)交通工具。建國(guó)以來(lái),我國(guó)鐵路得到了迅速發(fā)展,營(yíng)業(yè)里程迅速增長(zhǎng),達(dá)到當(dāng)前的6.5萬(wàn)公里,直到七十年代中後期,仍然保持全國(guó)客運(yùn)中的骨干地位。八十年代以來(lái),由於公路與民航的迅速發(fā)展,以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)客運(yùn)速度提高的需求日益增大,導(dǎo)致了鐵路在客運(yùn)中的地位明顯下降,1997年鐵路在全國(guó)客運(yùn)量中的份額降至7%,在旅客周轉(zhuǎn)量中份額降至35%。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,必須大力致力於客運(yùn)提速,才能保持和發(fā)展鐵路作為重要客運(yùn)工具的地位。近年來(lái),在既有提速和建造高速輪軌鐵路的準(zhǔn)備方面,取得了可喜的成績(jī)。

我國(guó)是否需要高速磁懸浮列車(chē)與如何預(yù)測(cè)我國(guó)鐵路網(wǎng)的需求和發(fā)展緊密相關(guān)。最近鐵道部經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院路網(wǎng)研究所李宏等同志發(fā)表了21世紀(jì)上半葉我國(guó)鐵路網(wǎng)需求與總規(guī)模的預(yù)測(cè)研究結(jié)果,并提出了發(fā)展設(shè)想。按照他們的研究意見(jiàn),我國(guó)鐵路在21世紀(jì)上半葉仍屬建設(shè)高潮時(shí)期,約至2050年全國(guó)人口約14.7億,城鎮(zhèn)人口約占75%；鐵路年人均乘車(chē)率將由目前的0.8次增至約3次；鐵路旅客平均行程將由目前的約360公里增至460-500公里,鐵路旅客周轉(zhuǎn)量將達(dá)2-2.2萬(wàn)億人公里。從上述預(yù)測(cè)需求出發(fā),他們建議：我國(guó)鐵路網(wǎng)總規(guī)模將由目前的6.5萬(wàn)公里增至12萬(wàn)公里。

新的鐵路網(wǎng)將由三部分組成,即：約0.8萬(wàn)公里的高速客運(yùn)專(zhuān)網(wǎng)；約2-2.2萬(wàn)公里的客貨混跑快速客運(yùn)網(wǎng)和約9萬(wàn)公里的普通鐵路網(wǎng)。顯然,這意味我國(guó)已具備了發(fā)展磁懸浮列車(chē)的需求。當(dāng)前問(wèn)題的關(guān)鍵在於,21世紀(jì)上半葉我國(guó)將建造的、目前為零、全長(zhǎng)近8000公里的高速客運(yùn)專(zhuān)網(wǎng)應(yīng)該采用500公里／小時(shí)的高速磁懸浮鐵路還是300公里／小時(shí)的高速輪軌鐵路,這是決定我國(guó)是否需要高速磁懸浮鐵路的基礎(chǔ)。高速磁懸浮鐵路體系的發(fā)展將帶動(dòng)當(dāng)前眾多高新技術(shù)前沿的發(fā)展。這些高新技術(shù)本身又將形成新興產(chǎn)業(yè),對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要的作用。我國(guó)及時(shí)抓住高速磁懸浮鐵路體系的發(fā)展,將為我國(guó)在21世紀(jì)中相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中處?kù)肚傲械於己没A(chǔ)。5.5.2常規(guī)列車(chē)受力分析列車(chē)運(yùn)行基本阻力。概念:列車(chē)在空曠地段沿平直道運(yùn)行時(shí)所受的阻力。特點(diǎn):在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中任何時(shí)候都存在,列車(chē)在平直道上運(yùn)行只有基本阻力。成因:機(jī)車(chē)、車(chē)輛各零部件之間,機(jī)車(chē)、車(chē)輛表面與空氣以及車(chē)輪與鋼軌之間的摩擦與沖擊?；咀枇Φ慕M成:1軸承阻力2滾動(dòng)阻力3滑動(dòng)阻力4沖擊和震動(dòng)阻力5空氣阻力。1軸承阻力輪對(duì)滾動(dòng)時(shí),軸頸與滑動(dòng)軸承之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),接觸面產(chǎn)生摩擦力。由軸承摩擦產(chǎn)生的機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)行阻力為軸承阻力。軸承阻力與軸荷重、摩擦系數(shù)、軸頸半徑、車(chē)輪半徑有關(guān)。影響摩擦系數(shù)的因素:<1>軸承類(lèi)型<2>潤(rùn)滑油的影響。粘度降低,系數(shù)降低<3>列車(chē)運(yùn)行速度。隨速度升高,系數(shù)先下降后升高4軸頸表面的單位壓力：壓力增大,系數(shù)降低2.滾動(dòng)阻力:車(chē)輪在鋼軌上滾動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)行阻力。3.滑動(dòng)阻力:由車(chē)輪踏面與鋼軌頂面間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生<1>車(chē)輪踏面與軌面各接觸點(diǎn)的直徑不相等。<2>同一輪對(duì)的兩個(gè)車(chē)輪直徑不同。<3>輪對(duì)組裝不正確,也要引起車(chē)輪在鋼軌上發(fā)生縱向和橫向滑動(dòng)。<4>列車(chē)的蛇行運(yùn)動(dòng)引起輪軌間產(chǎn)生摩擦阻力。4.沖擊和振動(dòng)阻力:由于鋼軌接縫、軌道不平直、輪軌擦傷等原因引起的輪軌間的沖擊和機(jī)車(chē)車(chē)輛的震動(dòng)；機(jī)車(chē)車(chē)輛之間存在的橫向、縱向的沖擊和震動(dòng)。5.空氣阻力:包括正面壓力、列車(chē)表面和空氣摩擦以及列車(chē)兩側(cè)和頂部的渦流?？諝庾枇Q定于列車(chē)速度、列車(chē)外形和尺寸,與速度平方成正比。通常用下式表示：Wa=CxΩpv/2Wa=CxΩρv2/2Cx—空氣阻力系數(shù);Ω—列車(chē)最大截面積；ρ—空氣密度；v—列車(chē)的相對(duì)速度。上述五種阻力隨著列車(chē)速度的大小而有不同的變化。低速時(shí),軸承阻力、滾動(dòng)阻力占較大的比例；速度提高后,輪軌間滑動(dòng)阻力、沖擊振動(dòng)阻力、空氣阻力占的比例逐漸加大；高速時(shí)<200km／h以上>,列車(chē)基本阻力則以空氣阻力為主。列車(chē)運(yùn)行時(shí)與空氣相互作用,有空氣作用在車(chē)體表面,阻礙列車(chē)運(yùn)行的作用力。列車(chē)運(yùn)行中所受到的阻礙列車(chē)運(yùn)行的作用力稱(chēng)為列車(chē)阻力。列車(chē)阻力分為由機(jī)械摩擦阻力和空氣阻力組成,附加阻力包括坡道、彎道、隧道和起動(dòng)阻力等。由于運(yùn)行速度的不斷提高,空氣阻力成為了阻礙列車(chē)高速運(yùn)行的最大因素。近年來(lái),國(guó)外高速列車(chē)最大營(yíng)運(yùn)速度已達(dá)到350ldIl／ll,此時(shí)列車(chē)的空氣阻力占了列車(chē)總阻力的80％．以德國(guó)ICE／V列車(chē)阻力公式為例：列車(chē)所受的總阻力：F=l1.4M+<0．025M+17.86p>V+0.0428N式中F為阻力〔N>,M為列車(chē)質(zhì)量<t>,p為空氣密度儀g／m3>,N為中間懸掛車(chē)輛數(shù),礦為列車(chē)速度娜>；假設(shè)列車(chē)質(zhì)量為800t,中間懸掛車(chē)輛數(shù)為N=12,按上式計(jì)算出各種速度下的列車(chē)總阻力、機(jī)械阻力、空氣阻力見(jiàn)表1-1速度km/h200250300350機(jī)械阻力f〔KN17.7319.8822.0324.18空氣阻力f<KN>35.2755.1279.37101.3總阻力F<KN>53.075101.4132.48百分比f(wàn)/F<100%>66.5%73.5%78.381.9%表5-1表明了列車(chē)運(yùn)行速度越高,空氣阻力所占總阻力的比重越大為了克服空氣阻力對(duì)高速交通速度的限制,而地表稠密的大氣是影響空氣阻力的一個(gè)最主要的因素。空氣阻力與速度的二次方成正比,由此產(chǎn)生的氣動(dòng)噪音隨速度的七次或八次方而急增。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境下,當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度在400km／h以上時(shí),阻礙列車(chē)運(yùn)動(dòng)的空氣阻力消耗了80％用來(lái)牽引列車(chē)的驅(qū)動(dòng)能源,這是及其不經(jīng)濟(jì)的。而且由于高速的原因,氣動(dòng)噪音也成倍的增加,這給我們高速交通帶來(lái)的不少負(fù)面影響。既然高速的障礙來(lái)自稠密的地表大氣,那么解決這一問(wèn)題的根本途徑只能是改變大氣的密度。利用密閉管道來(lái)降低管道內(nèi)的大氣壓力,從而降低列車(chē)運(yùn)行環(huán)境的空氣密度,擺脫或部分?jǐn)[脫空氣阻力與噪音的困擾,實(shí)現(xiàn)列車(chē)的高速行駛。真空管道磁懸浮列車(chē)系統(tǒng)就是在這種設(shè)想中被提出的。5.6磁懸浮鐵路的發(fā)展趨勢(shì)由于列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中主要受的是空氣阻力,如果能降低空氣密度更將大大降低能耗,而列車(chē)的速度將發(fā)生質(zhì)的飛躍。真空管道磁懸浮列車(chē)才是最理想的交通工具。圖5-9真空管道磁懸浮5.6.1真空管道磁懸浮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與現(xiàn)有的運(yùn)輸工具<飛機(jī)、高鐵、汽車(chē)等>相比,真空管道磁懸浮系統(tǒng)有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：<1>快速：洛杉磯一紐約,僅需要45分鐘；北京—華盛頓,只需2小時(shí)；本地旅行速度350km/h,國(guó)際間旅行速度達(dá)到4000km/h左右；與常壓下的軌道交通對(duì)比,在0.1個(gè)大氣壓下的真空管道磁懸浮系統(tǒng)中磁浮列車(chē)速度可以達(dá)到運(yùn)營(yíng)速度500-700km/h。<2>高效、節(jié)能：由于快速的特點(diǎn),減小了空氣阻力和輪軌間的摩擦力,使得列車(chē)的能耗大大降低。這將大大有利于緩解日益緊張的能源問(wèn)題。<3>便捷:運(yùn)行過(guò)程采用"快速起停、快速乘降"的原則,即：無(wú)需待避／會(huì)讓?zhuān)嚎焖倨鹜?減少了旅客等待時(shí)間。由于列車(chē)在封閉的管道內(nèi)運(yùn)行,也使得列車(chē)和旅客的出行不在受天氣因素影響。<4>安全：由于其運(yùn)行環(huán)境的封閉性和行駛的路徑單一性具有其他運(yùn)輸方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),可以減少甚至避免引起各種傳統(tǒng)運(yùn)輸方式的事故因素。<5>潔凈：環(huán)境友好；使用可再生能源一。少量的電力,可持續(xù)性好,由于管道內(nèi)抽成一定要求的真空,自然形成隔音屏障,以至無(wú)任何對(duì)外噪聲。<6>現(xiàn)實(shí)可行所有建設(shè)ETT的設(shè)備和絕大部分的技術(shù)都是現(xiàn)成的；部分所涉及的技術(shù)己投入商業(yè)應(yīng)用。5.6.2真空管道磁懸浮技術(shù)的意義類(lèi)似于當(dāng)初蒸汽機(jī)取代馬力,將帶來(lái)劃時(shí)代的變革。民航、鐵路運(yùn)輸將被大面積取代,人類(lèi)將進(jìn)入更清潔、高效的旅行時(shí)代。為了解決建造和運(yùn)行中的難題,張耀平和他的團(tuán)隊(duì)日以繼夜地工作,"真空管道中的隔離室"、"一種真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)中磁懸浮車(chē)與車(chē)站間的對(duì)接裝置"、"一種用于真空管道系統(tǒng)中的密封門(mén)"、"真空管道高速交通運(yùn)行抽氣系統(tǒng)"等專(zhuān)利相繼問(wèn)世。最早提出真空管道磁懸浮運(yùn)輸概念的,是美國(guó)蘭德咨詢(xún)公司和麻省理工學(xué)院的專(zhuān)家,真正將這一運(yùn)輸方式落實(shí)為圖紙的,是美國(guó)佛羅里達(dá)州機(jī)械工程師戴?！W斯特<DarylOster>,經(jīng)過(guò)多年的研究與設(shè)計(jì),戴睿于1999年在美申請(qǐng)獲得真空管道運(yùn)輸<ETT>系統(tǒng)發(fā)明專(zhuān)利。首先將真空管道磁懸浮概念引進(jìn)中國(guó)的科學(xué)家,是畢業(yè)于西南交通大學(xué)的張耀平,在20XX成功申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目"真空管道高速磁浮交通基礎(chǔ)研究"<項(xiàng)目編號(hào)：50678152>后,他的研究得到了政府層面的資助。在XX省有關(guān)方面支持下,他目前調(diào)至該省西京學(xué)院,專(zhuān)門(mén)組建了真空管道運(yùn)輸研究所,正全力推進(jìn)這一"運(yùn)輸革命"進(jìn)入現(xiàn)實(shí)。張耀平認(rèn)為,目前科研項(xiàng)目唯一的需要,就是要從國(guó)家層面統(tǒng)籌建造第一條實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路,"要有建設(shè)三峽大壩和開(kāi)發(fā)大飛機(jī)、長(zhǎng)征火箭項(xiàng)目的魄力,這個(gè)項(xiàng)目無(wú)法由某一高校、公司或單位單獨(dú)完成,但一旦完成,中國(guó)將在技術(shù)革命中占據(jù)主導(dǎo)地位。20XX,與戴睿相識(shí)并成為密友的張耀平將這項(xiàng)技術(shù)首次引進(jìn)中國(guó)。20XX,戴睿和妻子前往中國(guó),幫助張耀平和同事在西南交通大學(xué)組建了專(zhuān)門(mén)研究機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)多年努力,張耀平的研究獲得了中國(guó)學(xué)界和政府全方位的支持,他認(rèn)為,目前這項(xiàng)技術(shù)所需的技術(shù)已經(jīng)完全成熟。"院士大會(huì)上專(zhuān)家們提出的每小時(shí)600-1000公里時(shí)速,是一個(gè)保守的對(duì)外口徑,實(shí)際上所有研究者一開(kāi)始就把這一運(yùn)輸方式的常規(guī)運(yùn)行速度定位為每小時(shí)4000公里,經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn),每小時(shí)6500公里是一個(gè)中期目標(biāo)。雖現(xiàn)在不宜提得太高,但只要磁懸浮列車(chē)改進(jìn)之后,克服技術(shù)障礙,那就相當(dāng)于一顆衛(wèi)星。作者在與一名長(zhǎng)江學(xué)者及其研究生座談時(shí),他們提出,真空管道磁懸浮列車(chē)的理路極限速度接近第一宇宙速度,要達(dá)到每小時(shí)2萬(wàn)公里是可以實(shí)現(xiàn)的。張耀平在接受采訪(fǎng)時(shí)指出,中國(guó)目前在各國(guó)研究者中研究進(jìn)度最快。如果國(guó)家能將這項(xiàng)技術(shù)上升到三峽工程、長(zhǎng)征火箭這樣的國(guó)家高度,統(tǒng)籌資金、技術(shù),就能在21世紀(jì)運(yùn)輸革命中占得先機(jī)。磁懸浮運(yùn)載技術(shù)不僅能夠用于路上運(yùn)載,也可以用于海上運(yùn)載,還能應(yīng)用于垂直發(fā)射,美國(guó)就在試驗(yàn)用磁懸浮技術(shù)發(fā)射火箭；磁懸浮技術(shù)在磁懸浮、直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)、低溫超導(dǎo)、電力電子、計(jì)算機(jī)控制與信息技術(shù)、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域都有及其重要的價(jià)值。概括地說(shuō),它是一種能帶動(dòng)眾多高新技術(shù)發(fā)展得分基礎(chǔ)科學(xué),有是一種具有極廣泛前景的技術(shù)。可以預(yù)見(jiàn),隨著超導(dǎo)材料和超導(dǎo)低溫技術(shù)的發(fā)展,修建磁浮鐵路的成本、技術(shù)及其性能都有可能會(huì)大大降低。到那時(shí),磁浮鐵路將作為一種快速、舒適的"綠色交通工具",得到人們的親睞。每一種新的交通工具的問(wèn)世,都極大的推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步,回顧交通工具發(fā)展史,我們發(fā)現(xiàn)汽車(chē)極大的方便了人們的而生活,但長(zhǎng)途運(yùn)輸差,且日益增多的汽車(chē)數(shù)量使交通擁擠賭賽現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。常規(guī)輪軌列車(chē)的運(yùn)輸量大,但運(yùn)行速度慢,運(yùn)行速度慢,噪音大,爬坡能力低,高速輪機(jī)列車(chē)要求軌道有很高的額平整度,在高速運(yùn)輸時(shí),能量消耗大,鐵軌和車(chē)輪的磨損很?chē)?yán)重,從而導(dǎo)致維修費(fèi)用高昂。飛機(jī)運(yùn)行速度快,但運(yùn)輸量小,且事故往往是致命性的〔本文介紹的磁懸浮列車(chē)是一種新的交通工具,相對(duì)而言,它有多方面優(yōu)點(diǎn)如高速、運(yùn)輸量大、安全、舒適無(wú)噪音等。綜合各種因素,磁懸浮的發(fā)展是最有潛