磁悬浮列车原理及未来发展

磁悬浮列车的原理及未来发展人文学院法学13144112目录•1磁悬浮列车发展史•2磁悬浮列车的原理•3磁悬浮列车的优缺点•4未来的发展方向•5高速列车和磁悬浮列车的比较•6高速列车和磁悬浮列车在我国实现基础1磁悬浮列车的发展史•１９２２年德国工程师赫尔曼·肯佩尔首次考虑电磁悬浮铁路（电磁对车道的吸引原则）。•１９３４年赫尔曼·肯佩尔获得制造磁悬浮铁路的基本专利（１９３４年８月１４日德国国家专利６４３３１６）。•１９３５年赫尔曼·肯佩尔运用试验模型证实了磁悬浮。1磁悬浮列车的发展史•１９３９年－１９４３年赫尔曼·肯佩尔在格丁根空气动力学研究所进行电磁悬浮铁路的基本研究工作。•１９５３年赫尔曼·肯佩尔写成科学报告《电子悬浮导向的电力驱动铁路机车车辆》。１９６９年大通过能力高速铁路研究会开始基础性研究。克劳斯－马菲公司制造出电磁悬浮模型ＴＲ－０１。支承和导向系统按赫尔曼·肯佩尔原则设计，由一台短定子直线电动机驱动。1磁悬浮列车的发展史•１９７５年开发、研制和试验第一台长定子电磁行车技术功能的设备。•１９７６年生产第一台用长定子电磁行车技术的载人试验车ＨＭＢ２，在卡塞尔由蒂森·亨舍尔在厂区内进行。采用电磁式支承和导向系统，有１０毫米空气间隙，车重为２．５吨，４个座位，最大速度为３６公里／小时。1磁悬浮列车的发展史•１９７７年联邦德国研究技术部作出有利于发展电磁悬浮驱动系统的决定。筹建埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施。赫尔曼·肯佩尔工程师逝世（１８９２年４月５日－１９７７年７月１３日）。•１９８４年埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施投产，用ＴＲ０６号开始作行车试验。８月１７日达到３０２公里／小时的速度。1磁悬浮列车的发展史•１９８７年埃姆斯兰磁悬浮列车试验设施第二期施工最终完成并投入使用。ＴＲ０７号开始组装。１１月１１日ＴＲ０６号达到４０６公里／小时的速度。•１９８８年ＴＲ０６号的速度于１月２２日达到４１２．６公里／小时。1磁悬浮列车的发展史•２０００年６月３０日，中德两国政府正式签订合作开展上海磁悬浮快速列车运营线项目可行性研究的协议。８月，国家计委批准项目建议书；同月，上海申通集团等６家公司联合出资２０亿元注册成立上海磁悬浮交通发展有限公司（后扩股为８家公司，注册资金３０亿元），上海市委、市府批准成立上海市磁悬浮快速列车工程指挥部。1磁悬浮列车的发展史•２００１年１月２３日，上海磁悬浮交通发展有限公司与由德国西门子公司、蒂森快速列车系统公司和磁悬浮国际公司组成的联合体签署《上海磁悬浮列车项目供货和服务合同》，合同总金额１２．９３亿德国马克；１月２６日，又与德国线路及轨道梁技术联合体（ＴＧＣ）签署《磁悬浮快速列车混凝土复合轨道梁系统技术转让合同》，合同使用德国政府赠款共１亿德国马克。３月１日工程正式开始。５月专用道路全线贯通。７月轨道梁生产基地投产。2磁悬浮列车的原理磁悬浮列车是一种采用无接触电磁悬浮、导向和驱动系统的高速列车系统，时速可以达到450~550千米。主要分为两种：一种是电磁型（EMS),也称为吸力型、常导型；另一种是电动型（EDS)，也称为斥力型、常导型。2.1电磁型列车•在车体内装有电磁铁，路轨为一导磁体。电磁铁绕组中电流的大小根据间隙传感器的信号进行调节，使车体与路轨间保持一定距离。悬浮力大小与车速无关，任何车速时都能保持稳定的悬浮力。悬浮气隙较小，约1厘米。车前进的动力又直线感应电机或直线同步电机提供。2.2电动型列车•在车内安装有超导线圈，轨道上分布有按一定规则排列的电路铝环。当超导线圈内通电时，就会产生强磁场，在列车以一定速度前进时，该强磁场就在路轨的铝环内产生感应电流，两者相互排斥而产生上浮力。速度越大排斥力越大，当速度超过时速80千米时，列车就脱离路轨表面，最大距离可达到10厘米以上。其悬浮式自稳定的，无须加任何主动控制。3.1磁悬浮列车的优点•①速度快•普通列车的速度主要是受限于轮轨之间的粘性力，而磁浮列车的速度仅仅受限于空气阻力。3.1磁悬浮列车的优点•②乘坐平稳舒适、噪音低•车身与轨道之间无接触，轨道不平度的影响可以通过控制系统被滤除。•磁悬浮列车的噪声属于低水平噪声。3.1磁悬浮列车的优点•③占地面积小•每公里占地面积，六车道的高速公路为4.28万平方米，四车道为2.86万平方米；而单向磁悬浮路轨仅为1.43万平方米，若是高架路轨，几乎不占地。•此外，磁悬浮列车爬坡能力强，可达10%，转弯半径比普通列车小。3.1磁悬浮列车的优点•④能耗较低•按行驶600km左右核算，各种交通工具的能耗指标数据如下。•时速达到220km左右时，普通列车与磁悬浮列车的功耗基本一致。再提高时速，磁悬浮列车的优越性就更加明显了。3.1磁悬浮列车的优点•⑤安全可靠•EMS型列车悬浮高度大约1cm左右，万一悬浮系统失灵，应急车轮能支撑列车继续行进。另外，车体两侧像钳子一样抱住路轨，不会出轨。•EDS型列车由于采用大气隙悬浮，及时车体稍微不平衡，或车体与轨道少许对不准，或轨道上有冰雪之类的杂物，都不会影响列车运行的安全性3.2磁悬浮列车的缺点•①昂贵一公里高速铁路投资需要2亿人民币；一公里磁悬浮铁路投资翻两番不止!（上海到杭州建造一条170公里的轨道系统，需要40亿美元，上海到北京，超过1200公里，需要220亿美元，平均每公里1800万美元不止）3.2磁悬浮列车的缺点•②不能变轨车厢不能变轨，不想轨道列车可以从一条铁轨借助岔道进入另一条铁路。一条轨道只能容纳一列列车往返运行，造成浪费。磁悬浮轨道越长，使用率越低3.2磁悬浮列车的缺点•③断电后安全事故由于磁悬浮系统是凭借电磁力来进行悬浮，导向和驱动功能的，一旦断电，磁悬浮列车将发生严重的安全事故，因此断电后磁悬浮的安全保障措施仍然没有得到完全解决。3.2磁悬浮列车的缺点•④影响健康强磁场对人的健康，生态环境的平衡与电子产品的运行影响仍需进一步研究。4未来的发展方向•4.1改变列车•这款为庞巴迪运输公司设计的概念磁悬浮列车，拥有自主导航系统，每次经过站台时都会校准数据，保证安全通行。车身侧面为透明材质，可以让乘客在乘车时获得良好的视野。整车的内饰经过精心设计：每个座位旁边都有一个电铃，只要乘客按下按钮，列车就会在所选择的站停下。车内还备有显示仪器，可以为乘客提供下一站的天气情况、到达时间或广告。车厢顶部配有可根据太阳照射方向转动的智能太阳能板，为列车的行进提供动力来源。这样的座位设计有三点疑问：1，高速行驶时，你能看到外部的近景吗？2，人的眼睛受得了吗?3，容积率太低我认为有两点多余：1.“车厢顶部配有可根据太阳照射方向转动的智能太阳能板”。磁悬浮车速度很高，按装太阳能板，增加阻力，其发电量还不如风阻浪费电多，不如直接平铺在车顶上；2.“每个座位旁边都有一个电铃，只要乘客按下按钮，列车就会在所选择的站停下”。列车是按规定站停靠的，没人下但可能有人上，一样要停车4未来的发展方向•4.2改变轨道5高速列车和磁悬浮列车的比较•5.1初投资•如图可见，平原地区，磁悬浮列车的初投资时高速列车的1.6倍，山区磁悬浮列车至略高一点，原因主要是磁悬浮列车的爬坡能力大，可以灵活的选择路线。5高速列车和磁悬浮列车的比较•5.2爬坡能力•由于粘着系数的制约，轮轨系统列车的爬坡能力远小于磁悬浮列车，常速下其爬坡能力一般限于35%的坡道，在高速情况下大约限于15%.而磁悬浮列车运行的坡道可以达到60%~100%，即达到高速列车的5到6倍。5高速列车和磁悬浮列车的比较•5.3能量消耗•高速列车的能耗主要由空气阻力和摩擦力产生，这部分消耗与列车运行速度的三次方成正比。•磁悬浮列车的能耗几乎只有空气阻力5高速列车和磁悬浮列车的比较•5.4舒适性•舒适性主要是指噪声状况、列车的平稳度、车内空间的宽敞度和设施水平，其中噪声状况尤为重要。高速列车的噪声主要来自空气摩擦，它近似速度的六次方函数。因此高速和超高速下，空气摩擦噪声是噪声的基本成分；但是高速列车还有轮轨间和传动齿轮间的摩擦。所以摩擦噪声略高于磁悬浮列车。5高速列车和磁悬浮列车的比较•5.5安全性•20多年来高速列车运行中从未发生重大安全事故，这是高速列车高技术和高管理水平的结果，磁悬浮列车由于它的高科技和它运行在U型或T型截面线路中的特点，不会出现翻车、出轨等事故。•超导体磁悬浮列车可能产生对人体有影响的磁场，这主要是来自超导体的强磁场。5高速列车和磁悬浮列车的比较•5.6土地使用量•高速列车双线路基较常速铁路宽，其原因在于两列高速列车在交会时，两列车的内侧空气急剧流动，形成较大负压力，可能导致车窗玻璃破裂及其他意外事故。磁悬浮列车由于线路的多重功能，原则上采用全高架结构，因此土地利用情况有了改善。6高速列车和磁悬浮列车在我国实现基础•磁悬浮列车和高速列车发展除了起步时间差外，主要有两个方面：其一是磁悬浮列车的承载、推动、导向以及相应的供电、通讯等技术都是新颖的，而高速列车是在原有的常速列车的基础上逐步发展起来的，其技术基础和物质基础远较磁悬浮列车的基础坚实；另一个原因是磁悬浮列车的研制和投资费用相对昂贵的多，其客运量也难立即达到高速列车的水平。只有一个国家的经济发展达到相当高的水平，旅客节约时间的价值大于等于多支出的票价时，磁悬浮列车才能更大的发展。