摘要:高速磁浮 交通 技术是利用电磁 理论 ,采用直线电机牵引和列车自动控制等高 科技 技术,具有高速、安全、环保等特点,在中长距离城际客运交通领域具有比较优势,有一定的前景。本文简要地阐述磁浮的理论基础、技术进展和 应用 前景,并针对沪杭磁浮项目提出了建设性意见:要开拓创新,进一步消化吸收上海示范线的磁浮关键技术;通过技术谈判和交流合作,力争掌握核心技术,同时坚定不移走机电设备国产化道路,降低工程造价,提高市场竞争力。在 目前 沪杭磁浮工程可行性阶段,一定要进行多方案比选(高速轮轨与高速磁浮系统),并开展相应的专题 研究 ,广泛征求意见和建议,采取多元化投资策略,充分利用中央、省市地方资源,创新体制机制,举全 社会 力量,大力推进磁浮项目的进程。
前言1 理论基础 从基础理论科学走向实践应用,同样经历了艰辛的探索,而且与当时的社会 经济 条件和科学进步水平密切相关。1922年,德国科学家赫尔曼.肯佩尔(Hermann Kemper)发明了电磁浮铁路原理,并于1934年8月获得了世界上第一项磁浮技术专利。
磁浮技术从悬浮方式上可以分为电磁磁浮(EMS)和电动磁浮(EDS)两大类[1]。
电磁磁浮技术是一种常导下的吸引式磁浮系统,即对车载的、置于导轨下方的悬浮电磁铁通电励磁而产生电场,磁铁与轨道上的铁磁构件相互吸引,将列车向上吸起悬浮于轨道上,磁铁与铁磁轨道之间的悬浮间隙一般为8-12mm。列车通过控制悬浮磁铁的励磁电流来保证稳定的悬浮间隙,通过直线电机来牵引列车走行。电磁式磁浮列车以德国TRANSRAPID(简称TR)型和日本的HSST型为代表,结构原理见图1。
电动磁浮技术是一种超导下排斥式电动磁浮系统,即当列车运动时,车载磁体(一般为低温超导线圈或永久磁铁)的运动磁场,在安装与线路上的悬浮线圈中产生感应电流,两者相互作用,产生一个向上的磁力将列车悬浮于路面一定高度(一般为100-150mm)。通过直线电机来牵引列车走行。与电磁式相比,电动式悬浮系统在静止条件下不能悬浮,必须达到一定速度(约150km/h)后才能悬浮。由于间隙大,一般无须主动控制。电动式磁浮列车以日本MLX型超导列车为代表。
2 磁浮技术进展 1962年,日本开始磁浮交通技术的研发工作。1972年研制了低温超导电动列车ML100型,时速60km/h。随后,研制了ML500型(1979年,517 km/h),MLU001型(1980),MLX0
1、MLX02型(1997),最高速度分别达到546和457km/h。2003年12月,ML型列车在山梨试验线(18.4km),创造了581km/h的世界记录! 世界上其他国家在20世纪60年代开始研究高科技的磁浮交通技术,如前苏联、美国、加拿大、法国、韩国、瑞士等。前苏联80年代研制了18吨的样车;美国看好德国磁浮技术,还研制磁浮飞机,但是他们都处于实验阶段。 据报道,成都飞机公司还研制了高速磁浮列车,时速高达500公里、拥有完全自主知识产权的中国第一辆高速磁浮列车,预计将于今年7月在上海试验线上进行首次试运行。2005年9月29日,备受各界关注的国家“863计划”高新技术项目--CM1“海豚”高速磁浮车辆组件在成飞公司正式开铆生产。此次研制的车辆设计时速为500公里,预计载客90人,主要由车体结构、悬浮导向制动控制、电网、诊断控制、定位测速、磁铁、气路、空调、车辆照明、逃生系统等集合而成。由于其与轨道无接触高速运行,又被业内人士称之为“零高度飞行器”。 3 磁浮技术特点
3.1 驱动原理特殊
利用电磁铁同性相斥、异性相吸的原理,让列车悬浮在轨道上,并用直性电机产生的电磁力实现推进牵引。而轮轨系统,利用导轨支撑钢轮,电力驱动靠轮轨之间的粘滞摩擦力推进。
3.2 高速
由于磁浮列车没有机械阻力,只有在高速时产生空气阻力,最高速度达到500km/h(上海磁浮商业运行速度430km/h),具有“陆上飞行器”之美称;而高速轮轨一般在330km/h,因为速度极限以后,速度与粘滞力成反比。
3.3 安全、可靠、舒适
由于采用当代先进的信号技术和列车自动控制系统,并吸取了轮轨系统的先进理念,上海磁浮运行3年来,累计行程超过250万公里,运送乘客650万人次,并经历了风霜雨雪等恶劣气候的考验,今年4月通过了国家验收。由于启动和制动加速度、座位设计合理,振动小、运行时间短,乘客舒适度高。
3.4 占地少
磁浮线一般采用高架和全隔离形式,磁浮限界宽度小于轮轨系统,因此占地远远少于高速公路,也比高速轮轨系统占地少,符合构建节约型 社会 的要求。
3.5 转弯半径小,爬坡能力强
由于磁浮列车与轨道无接触、无磨损的支撑和导向,无接触的牵引和制动特性,线路转弯半径小,而爬坡能力大。如速度在300km/h的同等条件下,轮轨系统最小转弯半径4000-5000m,而磁浮系统1590m;爬坡能力轮轨系统最大4%,而磁浮10%。
3.6 环境友好
由于采用电力(二次能源)驱动,不会产生废气和废水等污染;能耗低,由于磁浮系统特有的驱动和支撑原理,据 研究 报道,在同等速度下,TR磁浮列车单位能耗低于德国ICE高速轮轨列车。噪声小,在300km/h条件下, 轮轨91 分贝,而磁浮83 分贝。由于车/轨道之间间隙小(约10mm),磁力线处于闭合状态,磁场泄漏量小。地球磁辐射强度为50 微特,彩电500,而磁浮为100。
3.7 造价高3.8 运量大4 应用前景
目前 世界上有三条磁浮线投入运营:上海浦东磁浮示范线(30公里,高速,2002年通车)、日本名古屋丘陵线(8.9公里,中低速,2005年通车)和英国伯明翰线(600米,中低速,1984-1996年)。5 结论与建议
5.1磁浮 交通 技术是人类 科学 史一项重大发明,其运行原理完全有别于传统的轮轨系统。
目前世界上掌握磁浮核心技术的国家是德国和日本,我国上海磁浮是世界上第一条商业应用的示范线,具有后发技术优势和划 时代 的意义。
磁浮交通技术有电磁式(EMS)和电动式(EDS)悬浮两种类型,又可以分常导高速磁浮(如德国TR08型, 约500km/h)和低温(4K)超导或永磁低速磁浮(如日本HSST型,约100km/h)。
5.2磁浮交通技术具有速度快、运能大、占地少、安全、节能、环保、噪声小、爬破能力强等特点,但是投资大、商业应用不够成熟等缺点。
5.3应用前景广阔,但是有一定风险。5.4中国磁浮项目必须坚持技术创新,确保安全可靠。
中国已经有50多年的磁浮研发历史 ,又通过引进消化,建成了上海磁浮示范线(30公里),成为世界上拥有16项专利的磁浮技术的大国之一。沪杭磁浮项目已经立项,将极大地促进磁浮技术在中国生根、开花和结果,走上引进-消化-吸收-创新-应用-技术输出的良性轨道。同时,丰富城际高速客运专线的交通模式,提高运输水平,惠及大众出行,创建同城效应,提高区域综合竞争力。
因此,要开拓创新,进一步消化吸收上海示范线的磁浮关键技术;通过谈判和技术合作,力争掌握核心技术,同时坚定不移走机电设备国产化道路,降低工程造价,提高市场竞争力。在沪杭磁浮工程可行性阶段,一定要进行多方案比选(高速轮轨与高速磁浮系统),并开展相应的专题研究,广泛征求铁道部、上海市、浙江省及杭州市、嘉兴市的意见和建议,采取多元化投资策略,充分利用中央、省市地方资源,创新体制机制,举全社会力量,大力推进磁浮项目的进程。
参考 文献
[2] 刘华清等译,德国磁悬浮列车, 电子 科技 大学出版社,1995
[3] 孙章等,高速铁路与磁浮技术的 发展 历程及展望,《科学》,2006
(3)
[4] WeckerlEin, G.J Transrapid: high-tech for “flying on the ground”, The 3rd annual China urban rail summit 2005, P173-179
[5] 章云泉,德国轨道交通考察报告,2001,12