磁悬浮列车系统的研究

磁悬浮列车系统的研究

1995年举行的国际铁路会议预测，到20世纪末，德国、日本和法国的高铁运营速度将达到360公里。然而,普通轮轨列车高速行驶时,车轮与轨道的接触阻力大大增加。据科学计算,轮轨列车最大时速约为380公里,如果考虑到空气阻力、轮轨磨损等因素,实际速度尚不可能达到这一最大时速。因此,要使列车在如此高速下行驶,传统的轮轨列车已经无能为力。为此,科学家们设计了靠巨大的电磁力(吸引力或排斥力)将列车浮起,并由直线感应电机推动前进的磁悬浮(magneticlevitation缩写作Maglev)列车。这样,除空气摩擦阻力外,它没有传统的轮轨摩擦阻力,因此能达到传统陆地交通工具前所未有的运行速度(约500公里/小时),且具有乘坐平稳、舒适、使用寿命长、爬坡能力强、对周围环境噪声影响小等优点。同时,在相同运行速度下,它相对于高速轮轨列车能耗减少达20~40%,土地占用量节省12~44%,并且具有较低的运行费和维修费等优点,特别适合于解决土地面积有限、人口多、交通紧张的地区、城郊和城市间的交通运输问题。磁悬浮列车按悬浮方式可分为两类:一类是EMS(ElectromagneticSystem),即常导型磁悬浮列车系统,以德国高速常导磁悬浮列车TransRapid为代表。它利用常规的电磁铁与铁磁轨道相吸引的原理,由安装在列车车体底部的常规电磁体与位于电磁体上方的导磁轨道间的吸引力实现悬浮。常导磁吸型技术较简单,产生的电磁吸引力较小,悬浮的气隙较小,一般为8mm~10mm。常导型高速磁悬浮列车的速度可达400km/h~500km/h,适合于城市间的长距离快速运输;另一类是EDS(ElectrodynamicSystem),即超导型磁悬浮列车系统,以日本MLU为代表。它是利用车载超导磁体在运动过程中与轨道的感应磁场产生相互排斥力而悬浮于轨道上,悬浮气隙较大,一般为100mm左右,技术相当复杂,并需屏蔽发散的电磁场,超导型磁悬浮列车速度可达500km/h以上。磁悬浮列车是自蒸汽机车问世以来铁路技术最根本的突破,其理论准备已有很长的历史。1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔首次提出电磁悬浮列车,1934年申请了磁悬浮铁道基本专利(1934年8月14日德国国家专利643316),1953年纂写了学术报告《电磁悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。进入20世纪70年代以后,随着世界工业化国家经济实力的不断加强,为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要,德、日、美、加等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。目前,在磁悬浮列车研制中处于领先地位的是德国和日本,前者致力于开发高速EMS磁悬浮列车,以TR为代表车型;后者既着力于以MLU为代表车型的高速EDS磁悬浮列车的研究,也发展适合城市轨道交通的低速EMS磁悬浮列车。下面就各主要国家对磁悬浮列车的研究情况作简要介绍:1934年,获磁浮铁道基本专利(德国专利643316号,1934年8月)。日本于1962年开始研究常导磁悬浮列车。此后由于超导技术的迅速发展,从20世纪70年代初开始转而研究超导磁悬浮列车。1982年11月,磁悬浮列车的载人试验获得成功。1995年,载人磁浮列车试验时的最高时速达到411公里。德国对磁悬浮铁路的研究始于1968年。研究初期,常导和超导并重,到1977年,先后分别研制出常导电磁铁吸引式和超导电磁铁相斥式试验车辆,试验时的最高时速达到400公里。目前,德国在常导磁悬浮铁路研究方面的技术已趋成熟。相对日本和德国,英国对磁浮铁路的研究起步较晚,开始于1973年。但是,英国是最早将磁浮铁路投入商业运营的国家。1984年4月,伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站之间的磁浮铁路正式通车营业。令人遗憾的是,在1995年,一度是世界上惟一商业运营的磁浮列车线在运行了11年之后被宣布停止营业。为了掌握磁悬浮技术,研制开发磁悬浮列车这一新型高效的交通工具,我国早在20世纪80年代初期就开始了磁悬浮列车的相关研究。出于实际情况考虑,我国的磁悬浮列车主要采用常导型技术。1992年国家正式将磁悬浮列车关键技术研究列入“八五”攻关计划,成立了磁悬浮列车“八五”攻关课题组。经过铁道部科学院、西南交通大学、国防科技大学、中科院电工所等单位对常导低速磁悬浮列车的悬浮、导向、推进等关键技术的基础性研究,目前已初步掌握了常导低速磁悬浮稳定悬浮的控制技术。1989年,国防科技大学成功研制出我国第一台磁悬浮列车实验样车。1994年,西南交通大学成功地进行了4个座位、自重4吨、悬浮高度为8毫米、时速为30公里的磁悬浮列车试验。1995年,国防科技大学在株洲电力机车研究所的支持下,花了90万元研制成1台磁转向架,首次实现了全尺寸单转向架的载人运行。4个磁转向架可承载1辆14m长的磁悬浮车。1996年,由铁科院主持,长春客车厂、中科院电工所、国防科技大学参加共同研制的设计时速为100公里,长6.5米、宽3米、重4吨、内设15个座位单转向架磁悬浮试验车在铁科院的轨距2米、长36米的环行试验线上成功地进行了试验,并于1998年12月通过了铁道部科技成果鉴定。2001年9月,我国第一条长204米,包括一段100米半径弯道和千分之四的坡度的中低速磁悬浮列车试验线在国防科技大学建成。该磁悬浮列车车厢长15米,可载客130人,设计时速150公里。2002年12月31日,世界上第一条磁悬浮列车商业运营线:上海磁悬浮列车线开始运营。上海磁悬浮列车运营线西起轨道交通二号线龙阳路站,东至浦东国际机场,全长30公里,双线折返运行,设计最高时速和运行最高时速分别为505公里和430公里。2004年10月22日,由大连永磁悬浮课题组首席科学家李岭群领衔的大连磁谷科技研究所有限公司成功研制出我国首辆拥有自主知识产权的磁悬浮样车-“中华01号”磁悬浮技术试验车。该磁悬浮技术试验车车长10.3米,宽3.12米,高2.86米,设计载客32人,最高时速110公里,是专为城市公交运输设计的低速磁悬浮列车。2005年5月11日,继“中华01号”磁悬浮技术试验车成功运行后,大连磁谷科技研究所有