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磁悬浮高速列车的主导技术比较与发展

www.cechina.cn2009.01.05阅读 5198

  磁悬浮(Magnetic levitation)简称Maglev,是当今世界最新的地面交通运输技术。由于磁悬浮高速列车具有快捷、安全、嗓音小等优点,世界很多国家都在进行磁悬浮高速列车的研究。目前以德国的Transrapid 常导磁悬浮列车技术和日本的MLU型系超导电动式方案比较成熟,随着世界第一条磁悬浮商运线(采用德国核心技术)在上海落成,并于2006年4月25日顺利通过国家竣工验收,标志着中国对磁悬浮系统有了较全面的认识,积累了线路轨道技术研发、建设经验,成为发展磁悬浮高速列车的少数几个国家之一。以下就磁悬浮高速列车不同的磁悬浮系统现状和发展趋势进行比较和分析。

  1  磁浮列车主导技术系统主要特征
  20世纪70年代,世界上的主要工业国家竞相筹划进行磁悬浮铁路的开发,但大多中途放弃,只有德国和日本一直继续进行,通过近四十年的研究和实验,在磁悬浮高速铁路领域已经形成了以德国的Transrapid(简称TR)和日本MLU型系列为主导上的技术系统,系统的原理特征差异如表1。

  表1  德国和日本磁悬浮高速列车系统主导技术比较[1]

2磁悬浮车辆


磁悬浮车辆
  高速磁悬浮车辆,由于是超高速运行,所以减小空气阻力特别重要。

  (1)车辆设计:高速磁浮车辆都在追求理想的车头形状,缩小车体截面,以及使车体、机器设备轻量化,采用空气动力学设计,由多单元组成,外骑(或内扣)在路轨上,都为全封闭式。

  (2)运行控制:德国TR是基于无线电的新开发,磁铁气隙约10mm,遇紧急情况时各磁铁可落在起落撬上;日本MLU是同轴电缆,与轮轨系统兼容控制工程网版权所有,磁铁气隙大于100mm,遇紧急情况时采用飞机标准的车轮走行装置。

  (3)车辆技术数据:(见表2)

  表2  TR和MLU 型磁悬浮车辆技术数据[2]

注

点击看原图


注:*根据列车编组单元数的不同而变化。

  (4)车载电源:德国TR采用DC440V和DC24V蓄电池缓冲的,3/N AC400V/230V车载电源系统,车载电流至80 km/h速度时用回线式集电器,与直线发电机感应;日本MLU采用DC300V蓄电池缓冲的燃气轮机车载电源机组。

  (5)驱动、供电:德国TR采用同步的带轭铁的长定子直线电动机,三相交流(15Kv、1200A、250Hz);日本MLU采用同步的不用轭轨的长定子直线电动机,三相交流(22Kv、1000A、56Hz)。

  3  磁悬浮线路
  (1)支承梁与道岔:高速磁悬浮列车的轨道线路不仅是载重体,而且还是用于驱动的直线电机主要部分载体,同时兼有悬浮与导向等功能CONTROL ENGINEERING China版权所有,由于各系统不同的结构特点,因此轨道线路差异较大。

  德国TR 为T型轨道CONTROL ENGINEERING China版权所有,单线或复线的磁悬浮高速铁路由每段50m 长的钢结构或混凝土支承梁构成。支承梁可设在地面或高架上,也可设在桥上或隧道中。支承梁之间可以有热膨胀间隙,用作支承以及驱动和常用制动的轨道平台的下侧安装了定子叠片作为功能平面,同时侧导向轨作为导向磁铁和安全涡流制动的反应件[3]。

  道岔由75—150m长,连续的弯曲钢结构梁构成,采用电传动机构或液压传动机构来实现道岔转线。

  日本MLU 型呈U 字型——支承梁为磁性钢筋混凝土梁。在侧壁内侧安装了支承、导向以及驱动和常用制动用的电流线圈,两侧的支承和导向线圈经路轨底面相互连接,以传输用于产生导向力的补偿涡流,在路轨底面和侧壁上安装了贯通的、用于启动和着地走行装置功能平面。槽形轨道降低了噪声的辐射,由于应用超导www.cechina.cn,轨道不需要铁芯,仅为空气芯铝线线圈。道岔是弓形混凝土弯曲梁。

  (2)线路技术数据:(见表3)

  表3  磁悬浮铁路线路数据

磁悬浮高速列车的主导技术比较与发展如图

 4  当前高速磁浮列车所面临的问题
  众所周知,磁浮高速列车具有速度快、能耗低、爬坡能力强、转弯半径小、环保、安全等优点,但同时也存在一些不足,如在某些条件发生改变时,其优势也会转变为缺点:

  ①磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的控制工程网版权所有,存在断电后磁悬浮的安全保障问题,尤其是列车停电后的制动问题;

  ②磁浮列车高速稳定性和可靠性必须经历很长时间的运行考验;

  ③由于常导磁悬浮技术的悬浮高度较低,因此对线路和平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求更为突出,而超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗更高,采用冷却系统重,一旦失效会出现“失超”,造成严重后果;

  ④磁浮列车爬坡能力强与转弯半径小的特点在高速状态下与乘坐舒适性会产生冲突,同样它不会发出轮轨接触的摩擦噪音,但在速度≧200km/h时,会产生与空气摩擦的噪音,且随速度的增加,噪音分贝显著提高,通过城区时易产生环境污染。

  5  新的磁浮技术

  (1)美、中两国的永磁

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