磁懸浮高鐵

磁懸浮高鐵

磁懸浮列車是一種採用無接觸的懸浮、導向和驅動系統的列車系統。磁懸浮列車作為一種新型的地面交通工具已從實驗階段走向了商業運營,並且有速度快、爬坡能力強、能耗低、運行時噪音小、安全舒適、不燃油、污染少等優點,它從根本上克服了傳統列車輪軌粘著限制、機械噪音和磨損等問題,成為了人們夢寐以求的理想陸上交通工具。

發展歷史

從1986年開始,由德國Thyssen Henschel公司牽頭,研製了面向套用的磁懸浮列車TR07,1989年該車投入試驗線運行,1993年,TR07在載人試驗運行中,達到了450km/h的速度。由於線路長度的限制,磁懸浮列車不允許再往上加速。

在Transrapid磁懸浮高速鐵路開發過程中,聯邦鐵路和七所著名的大學的專家組成的工作組,由位於慕尼黑的聯邦鐵路中心局牽頭,對Transrapid系統進行了獨立、全面的評價和鑑定。1991年底,德國得出TR磁懸浮高速鐵路系統技術以成熟的結論。1997年4月,德國決定建造柏林和漢堡之間的磁懸浮鐵路。該線全長292km,原計畫1998年下半年動工,2005年投入商業運行,並為此開發了擬用於柏林至漢堡線的TR08型磁懸浮列車,該車於1999年10月開始在TVE上進行了試驗。後因原來預測的客流量偏大,新的預測表明建設新線將面臨虧損的危險,遂於2000年2月取消建設計畫。

2000年6月,中國上海市與德國磁懸浮國際公司合作進行中國高速磁懸浮列車示範運營線可行性研究。同年12月,中國決定修建上海浦東龍陽路捷運站至浦東國際繼承高速磁懸浮交通示範運營線。2001年3月正式開工建設。

日本於1962年開始磁懸浮交通的研究工作。1977年在南部九州建成7公里超導磁懸浮試驗線,即宮崎試驗線。宮崎試驗線是單線,沒有坡道和隧道,不能滿足接近套用條件的試驗要求,因此日本運輸省決定建設超導磁懸浮山梨試驗線,並於1991年在山梨縣境內開始建設山梨試驗線,1997年4月投入試驗運行。山梨試驗線主要包括18.4km長的試驗線路、變電站、試驗中心和兩列磁懸浮車(MLX01和MLX02)。1997年12月24日,三輛編組的MLX01型磁懸浮列車不載人試驗運行達到550km/h的速度,創下地面交通速度的最高世界紀錄。1999年12月,日本山梨磁懸浮列車試驗線進行了磁懸浮列車高速錯車試驗,創造了錯車時相對時速為1003km的世界最高記錄,當時兩列車的時速分別為546km和457km。

從六十年代開始,日本、德國、英國、前蘇聯、韓國和中國等國家都先後投入力量研究中低速磁懸浮列車。

日本的HSST系統磁懸浮列車最初是由日航投資成立HSST公司研究開發,希望用於機場到市區的快速軌道交通,後又與其它股東聯合開發。1974年4月,小型磁懸浮試驗裝置的浮起試驗成功,1975年試製成電磁支承和導向的第一輛試驗車HSST-01,1978年向公眾展出了HSST-02號車,最高速度約為100km/h,總共有9個座位,為了改善舒適性,在車廂和懸浮架之間採用了二系彈簧懸掛系統,從1983年到1989年,HSST-03到HSST-05型車相繼投入試驗。

1991年,日本在名古屋附近的大江,建成一條新的面向套用的試驗線。試驗線總長1530m,最小豎曲線半徑1000m,最大超高為80,最大坡度7%。從1991年到1995年,對HSST100S型磁懸浮列車進行了100多項面向套用要求的運行試驗,最高運行速度達到130km/h。1993年3月,以日本運輸省、建設省和其它單位的專家學者組成的可行性研究委員會對試驗結果進行了最後論證,考察了噪聲、振動和磁場影響等,結論是:HSST磁懸浮鐵路系統是舒適的低污染系統,能夠應付緊急情況,長期的運行試驗證明它是可靠的,並且由於其懸浮的優點使得它的維修量降低,作為城市交通系統,HSST磁懸浮鐵路系統已進入實用階段。

美國從20世紀60年代開始磁懸浮鐵路的研究,1975停止工作。1989年起又重新開始評估磁懸浮列車的實用價值,由鐵道總署、陸軍工兵總部、能源部牽頭、數家公司和大學參加,歷時4年,定出4個磁懸浮車設計時速均為500km/h的方案,其中3個方案為電動型。美國還對大城市間的16條線進行技術經濟條件評估,認為只有紐約―波士頓線能在短期內回收投資並能實現贏利。

目前美國正在積極推進套用的是永磁Magplane,它屬於永磁懸浮型。Magplane的懸浮電磁鐵和驅動電磁鐵皆為永磁體,間隙可達5~15cm。在懸浮和導向上使用了20毫米厚的弧形鋁板軌道,這種結構具有高速轉彎的優點。這種設計方案需要加輔助輪,為了安全起見,Magplane的設計者計畫在行駛的全程不收回輔助輪,而是將其固定在列車下面,整個列車技術相對簡單。

Magplane高速磁懸浮列車系統與其它磁懸浮列車系統相比,有許多的創新之處,最顯著的特點就是永磁懸浮、電磁軌岔、自穩定的控制系統等。

Magplane方案採用永磁方案,永磁體的使用比起超導懸浮列車更經濟,不存在一套精密的製冷系統,簡化了磁懸浮列車系統,同時不會出現日本超導高速磁懸浮列車MLU在試驗時曾出現的超導體失超而引發的事故,使得磁懸浮系統可靠性大大提高,同時也使得原理更簡單,建造更方便。對磁懸浮系統來說有一個震盪的過程,從安全形度,系統不需要防止與地面碰撞。而對旅客來說,存在振動則會感覺不舒服,為阻尼這些振盪,磁鐵不是粘在列車上,而是有一個可以運動的裝置。磁鐵在列車底部運動,可吸收掉能量以阻尼振盪,這個可以運動的範圍大約2cm,頻率大約是1周。磁鐵在車體下面只是徑向運動,因為磁鐵下面有一個穩定機構,不能上下運動,列車動起來後,所有的磁塊都在不斷地運動。速度更高時,有像飛機一樣的穩定翼,振動幅度1cm左右,用空氣動力學原理來控制列車系統的晃動。

列車在拐彎時允許傾斜10度,這樣列車在通過半徑為2公里的曲線時,仍可保證360km/h的速度,而且乘客感覺和坐飛機一樣舒適,該方案目前還在設計與改進過程中。和傳統的列車自動控制系統不同,Magplane的控制系統除檢測列車的位置外,還要檢測列車的姿態。根據這些信號由控制系統處理後發出控制信號控制磁塊。

1974年,英國在德比進行了磁懸浮車運行試驗。為了將新建的伯明罕機場終端和國際博覽會展區及火車站連線起來,英國建造了一條620m長的磁懸浮鐵路線,該線於1984年投入載客運行。這條線路是複線,軌道架在6m高的剛結構上,來往運行3輛有電磁支承、導向系統和直線電機驅動的小型磁懸浮車,速度可達50km/h。磁懸浮車輛重約5t,具有鋁焊接底架和玻璃纖維強化塑膠製成的車廂結構,一輛車有6個座位和26個站位。伯明罕磁懸浮鐵路是第一個用在公共旅客運輸上的磁懸浮鐵路系統,1992年,由於故障率高,維護困難,該線路關閉。

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