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磁浮技术与发展

磁浮原理

  【 引子 】

马克思曾指出,人们“如果不以一定方式结合起来共同活动和互相交换其活动,便不能进行生产。为了进行生产,人们便发生一定的联系和关系;只有在这些社会联系和社会关系范围内,才会有他们对自然界的关系,才会有生产。”交通,正是人们这种社会联系和社会关系的直接产物。

自人类从猿进化能够直立行走后,人类的生活就发生了革命性的变化。人的视域范围变宽广了,从而可以更好的观察周边情况、体察危机。但是,原始时期生产力低下,人们受制于自然条件的束缚,通常只能利用自然界的个别要素,依赖在一定地域空间范围内猎获的动物或采集的植物,以维持生机,谈不上会有什么“农工商交易之路通”的交通之举。

不过,随着人类社会的发展,人们在生产活动中逐步通过多种形式的横向社会交往,慢慢扩大了地缘空间的视野,在被动的人地关系中注入了积极求取的因素。

逐渐的,人类学会了运用工具和其他物种为其服务,其中包括了马——一种改变人类运输速度的动物,马车行驶的速度约在10公里/小时左右,从此人类的地域范围随之改变,城与城之间的联系也越来越密切,进而增强了各地的文化、文明的进步;

英国的工业革命动摇了几千年来的运输模式,汽车和火车的出现实现了动力革命,发动机使车的速度大大提高,从此也使速度与能源及效率联系在一起,至今汽车行驶速度已普遍达到了为80~100公里/小时。而火车行驶速度从刚开始的低速、笨重的“铁家伙”演变为一种普及的陆上交通工具,时速可达150~200公里/小时;

速度是人类永恒追求的目标。

如今在欧洲及日本,高速列车以成为普及,时速超过200公里/小时的速度,同时进一步拉近了城市与城市、甚至国家与国家的距离,大力促进信息沟通和人才流动。

现代科技造所就的社会的特征之一是大信息量和信息广泛高速传输,在人们头脑中建立了全新的地域和速度概念,而且成为一种全球性文化越来越不可更改。

伴随着人类这种对高速的渴求,磁浮技术应运而生,在多个国家的实验室里,科学家和工程师们力图将这种常规机电产品与现代控制技术相结合的产物投入商业运用。

【 引磁浮技术 】

电磁悬浮是对车载的悬浮电磁铁励磁而产生可控制的电磁场,电磁铁与轨道上长定子直线电机定子铁芯相互吸引,将列车向上吸起,并通过控制悬浮励磁电流来保证稳定的悬浮间隙。电磁铁与轨道之间的悬浮间隙一般控制在8~12mm。

高速磁浮铁路系统由线路、车辆、供电、运行控制系统等四个主要部分构成。

线路:线路引导列车前进方向,同时承受列车荷载并将之传至地基。线路上部结构为用于联结长定子的精密焊接的钢结构或钢筋混凝土结构的支撑梁,下部结构为钢筋混凝土支墩和基础。

车辆:车辆是高速磁浮客运系统中最重要的部分,包括悬浮架和其上安装的电磁铁、二次悬挂系统和车厢。此外还有车载蓄电池、应急制动系统和悬浮控制系统等电气设备。

供电:供电系统包括变电站、沿路供电电缆、开关站和其它供电设备。磁浮列车供电系统通过给地面长定子线圈供电提供列车运行所需的电能。首先,从110kV的公用电网引入交流高压电,通过降压变电器降至20kV和1.5kV,然后整流成为直流电,再由逆变器变成0~300Hz交流电,升压后通过线路电缆和开关站供给线路上的长定子线圈,在定子和车载电磁铁之间形成牵引力。磁浮列车系统的整流、变流及电机定子等设备均在地面,对设备的体积和重量以及抗振性能没有严格要求。

  运行控制系统:运行控制系统是整个磁浮交通系统正常运转的根本保障。它包括所有用于安全保护、控制、执行和计划的设备,还包括用于设备之间相互通讯的设备。运行控制系统由运行控制中心、通讯系统、分散控制系统和车载控制系统组成。

  【 磁浮发展 】

德国磁浮交通发展历程

1922年,德国人赫尔曼?肯佩尔提出了电磁浮原理,并在1934年获得世界上第一项有关磁浮技术的专利。

德国真正开展磁浮交通的研究却是始于1968年。之前之所以没有系统的研究是因为那段时期的技术以及工艺条件都比较低级,所以在很大程度上限制了磁浮技术的发展。

从1968年开始,德国因环境和能源问题迫切要求开发新的高速交通体系。

1969年,德国联邦交通部、联邦铁路公司和德国工业界参与了“高运力快速铁路的研究”,其中,就涉及到了磁浮高速铁路。在此基础上,在联邦政府的资助下,工业界开始了磁浮铁路的开发工作。

研究初期常导技术和超导技术是并重的:

1971年,德国第一辆磁浮原理车在一段660米长的试验线路上进行试验运行,原理车采用车辆侧的短定子直线电机驱动。

1975年,Thyssen Henschel公司在卡塞尔(Kassel)的工厂中的HMB1号试验线上率先实现了线路侧长定子直线同步电机驱动的磁浮车运行。

1976年,Thyssen Henschel公司在HMB2号试验线上进行了载人长定子试验车的运行。

1977年,德国联邦技术研究与技术部(BMFT)经过系统地分析认为,超导磁浮铁路所需的技术水平太高,短期内难以取得较大进展,遂决定集中力量发展长定子直线同步电机驱动的常导交通系统。

1978年,德国政府决定在埃姆斯兰德修建一条磁浮试验线。

1979年,汉堡国际交通博览会,展出了一段900米长的TR磁浮铁路示范线。人们真正意义上地接触、关注磁浮列车也是在这个时候开始的。汉堡市民对以75km/h速度运行的磁浮车产生了极大的兴趣。这次磁浮车的成功展出,促进了磁浮高速铁路的发展进程;更是促成了德国建造大型试验设施的决定。

1980年,埃姆斯兰德的磁浮试验线正式开工。为了建造第一段线路,德国工业界组成了磁浮铁路联合体(KMT)。第一期工程包括21.5公里长的试验线路、试验中心和试验车TR06,该线路于1982年开始进行不载人试验,并于1983年6月30日投入试验运行。同年年底达到每小时300公里。为了提高试验速度,1984年决定扩建南环线。南环线1987年建成。至此,TVE的试验线总长达到31.5公里,速度增至400km/h。

1991年12月以前,在德国联邦铁路中心局的领导下,用了近两年时间由联邦路和重要高校研究所的专家组成的一个工作组对磁浮高速铁路Transrapid系统进行了全面的检验和评估,专家组得出该系统在"技术应用上已完全成熟"的结论.至此,Transrapid成为世界上首次进入技术应用成熟阶段的磁浮高速铁路系统。

1993年,TR07型磁浮列车在TVE试验最高速度达到450km/h。

1996年5月9日到6月14日,联邦议院和联邦参议院制订出了“磁浮需求法规”。

1997年4月,德国决定在柏林和汉堡之间建一条全长292公里的磁浮线,原计划1998年下半年动工,2005年投入商业运行。为此开发了拟用于柏林至汉堡线的TR08型磁浮列车。该车于1999年10月开始在TVE上进行试验。后来由于新的预测表明建设新线将面临亏损的危险,遂于2000年2月取消建设计划。

中德双方合作建设磁浮线

2000年6月,中国上海市与德国磁浮国际公司合作进行中国高速磁浮列车示范运营线可行性研究。同年12月,中国决定建设上海浦东龙阳路地铁站至浦东国际机场高速磁浮交通示范运营线。2001年3月正式开工建设。

2002年12月31日,经过中德两国专家两年多的设计、建设、调试,上海磁浮运营线终于呈现在世界的面前。而她正式开始试运行的第一批客人就是中国国家政府上一届国务院总理朱镕基和德国现任总理施罗得先生。两位总理稳稳地乘坐在世界上唯一的磁浮运营线上,透过窗外,看着远远落在后面的汽车,享受着430km/h速度带来的快感,他们都点头笑了。


其他国家的磁浮交通发展历程

磁浮交通不仅在德国、中国取得了令世人瞩目的进展,从二十世纪70年代起日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家都相继进行了磁浮运输系统的开发。

在英国就曾有一条连接伯明翰机场和英特纳雄纳尔火车站的磁浮线路,600米长的距离,旅客只需90秒就能到达目的地。虽然这条磁浮线已经不再继续运营,但是她带来的磁浮冲击波无疑是震撼的。

在日本,早在1962年就开始研究常导磁浮技术。随着超导技术的迅速发展,从70年代初,日本开始转而研究超导磁浮技术。

1972年首次成功地进行了2.2吨重的超导磁浮列车试验,该车在480米长的试验线路上达到了每小时60公里。

1977年12月在宫崎磁浮试验线上,最高速度达到了每小时204公里。

1979年12月又将不载人运行的速度提高到了517km/h。

1982年11月,磁浮列车的载人试验获得成功。

1989年,不载人试验速度达到了每小时494公里。

1994年,不载人运行最高速度达到431km/h;载人磁浮列车试验时的最高速度达到411km/h。

日本目前还在进行运行试验,进行改造空气动力学特性、减少噪声、降低造价的研究。拟于2004年进行商业应用。


【 结论 】

好多人羡慕上海,因为上海拥有世界上唯一一条投入商业运营的磁浮线,因为有那么多的国家都参与了磁浮技术的研究,而只有上海建成了真正意义上的磁浮运营线。她的成功再次证明了磁浮技术的安全性、经济性、先进性;当然,其所带来的经济效应和政治效应更是无法估计的。

有人说:“磁浮列车是自大约200年前斯蒂芬森的“火箭”号蒸汽机车问世以来铁路技术最根本的突破。”这是一点都不为过的。应该说磁浮列车不仅仅是铁路技术的根本突破,更是现代交通工具的典范。

我们回首磁浮列车发展史的目的很明确:在纪念过去80多年历史的同时,更是为了迎接磁浮交通再造辉煌的到来。


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