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1、磁悬浮列车,2019级生物技术 （兰州大学交流生） 白高英,磁悬浮列车简介,大家都知道，传统的铁路列车都是依靠车轮和钢轨之间的相互作用并利用诸如蒸汽、燃油、电力等各种类型机车牵引来实现旅客或货物运输功能的。而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的同性相斥、异性相吸的特性并利用线性电动机作为牵引动力的新颖的第5代交通运输工具。 磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车transrapid为代表，常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里，适合于城市间的长距离快速运输。而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型，以日本MAGLEV为代表，速度可达每小时500公
2、里以上。,磁悬浮列车原理,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，见图。目前的绝大部分设计中，这 三部分的功能均由磁力来完成。,悬浮系统,目前悬浮系统的设计，可以分为两个方向，分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统（EMS）和电力悬浮系统（EDS）。,电磁悬浮系统（EMS）,电磁悬浮系统（EMS）是一种吸力悬浮系统，是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。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
3、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，是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。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。图,电力悬浮系统（EDS）,电力悬浮系统（EDS）将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大，从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑，这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更
4、大的发展 .,图,推进系统,磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈，地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用，它就像同步直线电动机的长定子绕组。形象地说，就是把圆形旋转电机剖开并展成直线型的电机结构。它依靠铺在线路上的长定子线圈极交错变化的电磁场，根据同极相斥异极相吸的原理进行牵引。当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时，由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的转子一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下，列车可以完全实现非接触的牵引和制动。,导向系统,导向系统：导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车
5、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。,磁悬浮列车发展历史,1922年德国工程师赫尔曼肯佩尔首次考虑电磁悬浮铁路.此人被称为“磁悬浮之父”。根据他的计算结果，磁浮列车理论上可以达到时速1000公里。 1935年赫尔曼肯佩尔运用试验模型证实了磁悬浮。 1969年克劳斯-马菲公司制造出电磁悬浮模型TR-01。 1979年在汉堡的国际交通展览会上展出5月17日投产的TR05号并引起轰动。 1980年开始建造TR06号。,1984年埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施投产，用TR06
6、号开始作行车试验。8月17日达到302公里小时的速度。1987年，埃姆斯兰顺利完成南北环线工程，磁悬浮列车试验基地正式拥有了一条长达31.5公里，实际运行长度为40公里的封闭型试验轨道，TR06号达到406公里小时的速度。 1994年开始策划的柏林汉堡线，年预算为亿马克，第二年就追加，达到亿马克。年重新核算表明，起码还要增加亿马克。造价昂贵及没有经济效益导致该工程最终下马。 日本于1977年制成了ML500型超导磁悬浮列车实验车，1979年宫崎县建成全长7000米的试验铁路线.日本东海铁路和铁道综合技术研究所2019年在日本山梨县境内的实验线路创载人磁悬浮列车时速581公里的世界最高纪录。 目
7、前，美国正在研制地下真空磁悬浮超音速列车。这种神奇的行星列车设计最高时速2.25万公里，是音速的20多倍。它横穿美国大陆只需21分钟，而喷气式客机则需5小时。这项计划要求首先在地下挖出隧道，铺设两根至四根直径为12米的管道，然后抽出管道中的空气，使其接近真空状态，最后再用超导方式行驶磁县浮列车。,上海磁浮示范运营线,2019年12月31日上午10时国务院总理朱镕基和正在中国访问的德国总理施罗德为上海磁浮示范运营线试运行通车剪彩。两位总理在示范运营线始发站龙阳路站为通车试运行剪彩后，同乘磁浮列车前往示范运营线终点站-上海浦东国际机场。,龙阳站外景,上海磁浮示范运营线是世界上第一条商业化磁浮运营示
8、范线,长度：33公里设计最大时速：430公里/小时设计行车密度：12列/小时设计载客量：959人/每列最大客运量：2.3万人/小时（双向）单向运行时间：8分钟年最大客运量：1.5亿人次,磁悬浮列车的优点,速度高常导磁悬浮可达公里小时，超导磁悬浮可达公里小时。轮轨高速的最高运营速度一般认为不宜超过公里小时。磁悬浮的高速度使其在至公里的距离范围可与航空竞争。 能耗低据德国资料，在公里小时的速度下，磁悬浮比高速轮轨能耗少。 维修少磁悬浮列车属于无磨损运行，要维修的主要是电气设备。随着电子工业的发展，器件可靠性将不断提高。 无污染采用电力驱动，无需燃油，无有害气体排放。此外还有噪音小（在速度较低时极明
9、显）、乘坐舒适、爬坡能力强、通过的曲线半径小、加速减速快等优点。,磁悬浮列车的缺点,风险大德国建成的 公里长的试验线，原计划投资亿马克，后来包括研究经费在内，竟追加至亿马克。年月，在全程公里的悉尼堪培拉线竞标中，德国提出的磁悬浮方案，投标价格比法国的高速轮轨还要低，但澳大利亚出于对风险的考虑，最后还是选择了高速轮轨技术。 不兼容无法与既有铁路联网是磁悬浮的另一大劣势，这使它只能适用于点对点的直通客流. 磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，所以其缺点是断电后的安全保证措施，尤其是列车停电后的制动问题。其高速可靠性和稳定性还需长时间的运行考验。 常导磁浮的悬浮高度较低，因此对线路的平整
10、度，路基下沉量及岔道结构方面较超寻技术要求更高。 超导磁悬浮技术由于涡流效应能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁对人体的环境都有影响。,磁悬浮列车的前景,磁悬浮列车的研制要涉及电学、力学、电磁学等多门学科，所以这是一门尖端技术。尤其是当铁路要穿越地形各异，地质条件复杂的地区是要以新的科学技术为支撑，技术还有很大发展空间。 交通运输网中的线，如铁路、公路、航道是交通运输的最基本因素。尽管交通运输线有各种类型，但是它们都有些不尽如人意的地方，如速度慢、需要燃烧矿物燃料、污染环境、噪音大等。磁悬浮列车虽然尚未普及，但是由于它具有高速、平稳、安全、无污染等优点，所以有望在21世纪中叶成为人们梦寐以求的陆上交通运输工具。,谢谢！,THE END,原理示意图,返回1,返回2,
