A. 磁悬浮列车究竟是“节能减排车”,还是“大能耗车”
近些年来随着技术的不断进步,磁悬浮列车渐渐映入了群众的眼帘。而我国作为世界范围上的铁路大国,基建狂魔在磁悬浮列车这种高新技术上自然是不能落后于人。从2004年我国拥有自主知识产权的第一辆四悬浮样车,中华零一号在大连试运行开始,中国的磁悬浮技术就已经挤身世界前列。 所以说综上所述,磁悬浮列车完全可以称为节能前排的未来理想出行工具,相信随着现在科学技术的不断进步,磁悬浮技术在未来的某一天一定会逐渐完善从而真正意义的为人民带来方便。
B. 磁悬浮列车原理
是运用磁铁同性相斥,异性相吸的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即磁性悬浮。
用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车,是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁,在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板,控制电磁铁的电流,使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙,并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡,从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。
(2)磁悬浮列车怎么节约成本扩展阅读:
注意事项:
磁悬浮列车的最高速度可达每小时500公里以上,比轮轨高速列车的300多公里还要快。
由于磁悬浮列车是悬浮于轨道上行驶,导轨与机车之间不存在任何实际的接触,成为无轮状态,故其几乎没有轮、轨之间的摩擦,时速高达几百公里。
磁悬浮列车可靠性大、维修简便、成本低,其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一,噪音小,当磁悬浮列车时速达 300公里以上时,噪声只有65分贝,仅相当于一个人大声地说话,比汽车驶过的声音还小。
C. 如何解决有关超导磁悬浮列车的难题 提出两点针对性的建议
悬浮系统:目前悬浮系统的设计,可以分为两个方向,分别是德国所采用的常导型和日本所采用的超导型。从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统(EMS)和电力悬浮系统(EDS)。图4给出了两种系统的结构差别。
电磁悬浮系统(EMS)是一种吸力悬浮系统,是结合在机车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生悬浮。常导磁悬浮列车工作时,首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力,与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起。在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下,使车轮与轨道保持一定的侧向距离,实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向。车辆与行车轨道之间的悬浮间隙为10毫米,是通过一套高精度电子调整系统得以保证的。此外由于悬浮和导向实际上与列车运行速度无关,所以即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态。
电力悬浮系统(EDS)将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生电流。由于机车和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大,从而产生的电磁斥力提供了稳定的机车的支撑和导向。然而机车必须安装类似车轮一样的装置对机车在“起飞”和“着陆”时进行有效支撑,这是因为EDS在机车速度低于大约25英里/小时无法保证悬浮。EDS系统在低温超导技术下得到了更大的发展。
超导磁悬浮列车的最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成,它不仅电流阻力为零,而且可以传导普通导线根本无法比拟的强大电流,这种特性使其能够制成体积小功率强大的电磁铁。
超导磁悬浮列车的车辆上装有车载超导磁体并构成感应动力集成设备,而列车的驱动绕组和悬浮导向绕组均安装在地面导轨两侧,车辆上的感应动力集成设备由动力集成绕组、感应动力集成超导磁铁和悬浮导向超导磁铁三部分组成。当向轨道两侧的驱动绕组提供与车辆速度频率相一致的三相交流电时,就会产生一个移动的电磁场,因而在列车导轨上产生磁波,这时列车上的车载超导磁体就会受到一个与移动磁场相同步的推力,正是这种推力推动列车前进。其原理就像冲浪运动一样,冲浪者是站在波浪的顶峰并由波浪推动他快速前进的。与冲浪者所面对的难题相同,超导磁悬浮列车要处理的也是如何才能准确地驾驭在移动电磁波的顶峰运动的问题。为此,在地面导轨上安装有探测车辆位置的高精度仪器,根据探测仪传来的信息调整三相交流电的供流方式,精确地控制电磁波形以使列车能良好地运行。
推进系统:磁悬浮列车的驱动运用同步直线电动机的原理。车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就像是同步直线电动机的励磁线圈,地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用,它就像同步直线电动机的长定子绕组。从电动机的工作原理可以知道,当作为定子的电枢线圈有电时,由于电磁感应而推动电机的转子转动。同样,当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时,由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的"转子"一样被推动做直线运动。从而在悬浮状态下,列车可以完全实现非接触的牵引和制动。
通俗的讲就是,在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电,能将线圈变为电磁体。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用,就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体(N极)被安装在靠前一点的轨道上的电磁体(S极)所吸引,并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥。当列车前进时,在线圈里流动的电流流向就反转过来了。其结果就是原来那个S极线圈,现在变为N极线圈了,反之亦然。这样,列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速,通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。
推进系统可以分为两种。“长固定片”推进系统使用缠绕在导轨上的线性电动机作为高速磁悬浮列车的动力部分。由于高的导轨的花费而成本昂贵。而“短固定片”推进系统使用缠绕在被动的轨道上的线性感应电动机(LIM)。虽然短固定片系统减少了导轨的花费,但由于LIM过于沉重而减少了列成的有效负载能力,导致了比长固定片系统的高的运营成本和低的潜在收入。而采用非磁力性质的能量系统,也会导致机车重量的增加,降低运营效率。
导向系统:导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似,也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力,也可以采用独立的导向系统电磁铁。
D. 真空管道磁悬浮星际列车的可行性分析
真空管道磁悬浮列车给未来的交通描绘出一幅奇幻的图景,那么,它到底是怎样的?
为了提升性价比,它的车厢外形和内饰将与我们平时乘坐的轨道列车类似,但体积将比普通列车、高速列车,甚至比现代的地铁列车都略微小一点。对于列车运行的真空管道来说,专家更倾向于内层用钢管,外层用钢筋加混凝土的结构建设,这也主要是为了减少钢管用量,节约成本。
因为是真空的管道,根据设计,所有管道的入口和出口都会有两道门。运行时,工作人员首先打开外层门,列车将从车站进入管道两门之间的夹层,外层门关闭后,真空泵开始抽走空气,此时,工作人员再打开里层的门,列车就会进入真空管道,开始加速、运行。而出管道时,则是相反的顺序,先是里层门打开,列车出来后,里层门关闭,外层门再打开。这个过程也参照了航天员在太空进出太空舱的操作模式。
除了在管道口要设立泵站,真空管道内大概每隔2公里或3公里也要设一个泵站,用真空泵抽取管道内的空气。根据设计标准,管道内甚至达到0.001个大气压,即千分之一的大气压,这样的气压范围也是列车高速运行的基本保障。
真空磁悬浮列车行驶时应当比飞机更加平稳。虽然是在真空环境下运行的,但车厢内绝对不会是真空环境,全密封的车厢内会模仿日常的列车环境,让乘客感到舒适。网上许多人怀疑列车如果加速度过快,人坐在里边是否受得了。对此,它的加速度达到飞机的加速度就行了,飞机的加速度一般是0.5~0.6G,相当于每秒钟加速5米左右,其实,人们百米跑的加速度比这大得多。这个加速度对普通人来说根本没问题。而等到列车加到一定速度后,它将匀速运动,那时,乘客对速度不会有任何感觉,就像航天员在太空中飞行一样感觉平稳。
尽管“星际列车”系统听起来有些不可思议,但其基本概念却非常简单。因为磁悬浮列车是悬浮于轨道之上,因此不必要担心摩擦问题。理论上讲,它们的速度要远远超过现有的每小时大约350英里(约合每小时563公里)的时速,可达每小时2000英里(约合每小时3219公里)的轨道速度。当然,为了让乘客能够安全地加速到这一速度,“星际列车”系统需要大量的轨道,同时需要防止极音速列车被周围的空气撕成碎片。据设计师介绍,长约1000英里(约合1609公里)的管道,通过模拟中间层的低气压,应该可以完成这个任务。
管道的大部分将与海平面齐平,出口点需要高出海平面大约12英里(约合19.3公里)。用于火车中的磁悬浮技术同样可以用来将这条管道悬浮起来。在发射管道中,位于20千米高度的带有2000万安培的超导电缆,每平米产生的悬浮力大约为48吨。通过高强度缆绳解决真空管本身所需的多余的浮力,如迪尼玛超强纤维的强度足以满足这种用途。另有一套备用系统足以保证悬浮系统顺畅运行而出故障。
“星际列车”系统的设计者为美国约翰-霍普金斯大学应用物理学实验室科学家詹姆斯-鲍威尔、乔治-麦瑟和约翰-拉瑟尔。他们指出,这种设计方案听起来似乎有些不太现实,但是支撑12英里(约合19.3公里)长的电缆所需要的工程技术与支撑比这长得多的太空电梯所需要的工程技术相比,要简单得多。工程师们提出,可以在阿拉斯加、加拿大北部、格陵兰岛或西伯利亚等极地地区建造这种系统。此外,南极冰原也是一个可供选择的选址点。
研究团队估算,建成可载人“星际列车”系统,可能需要20年时间和600亿美元的成本。这些数字听起来很大,但是如果考虑到航天飞机的各种费用是“星际列车”系统成本的三倍时,你就会认为这套系统确实很经济。而且,“星际列车”系统一旦建成后,向低地轨道运送货物的成本每公斤仅需50美元,而现代的技术将货物和人员送上低地轨道,每公斤重量分别需要花费1万美元和10万美元。这意味着,太空旅行的车票只需要大约5000美元。设计者估计,“星际列车”系统的事故率与现代的客机差不多,安全系数可能较高。
E. 请简述磁悬浮列车为什么会节能
因为摩擦阻力小啊 所以不需要额外的能量去克服摩擦力做功,肯定节能
证明:假设一个质量为m的列车,分别在铁轨运行和磁轨运行,运行速度都为v(可认为匀速),所受空气阻力f,摩擦力为F1
铁轨列车此时牵引力做功为W1=1/2mv²+fvt+F1vt(t为运动时间)
磁悬浮列车牵引力做功为W2=1/2mv²+fvt(t为运动时间)
显然相同质量相同速度运动相同时间下W1>W2 所以磁悬浮列车节能哦
F. 磁悬浮列车的优点和缺点是什么
磁悬浮列车的优点
磁悬浮列车有许多优点:列车在铁轨上方悬浮运行,铁轨与车辆不接触,不但运行速度快,能超过500 千米/小时,而且运行平稳、舒适,易于实现自动控制;无噪音,不排出有害的废气,有利于环境保护;可节省建设经费;运营、维护和耗能费用低。
磁悬浮列车的缺点:在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。因为列车要从动量很大降到静止,要克服很大的惯性,只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子,如果突然停电,靠滑动摩擦是很危险的。此外,磁悬浮列车又是高架的,发生事故时在5米高处救援很困难,没有轮子,拖出事故现场困难;若区间停电,其他车辆、吊机也很难靠近。
G. 哪位高人向我介绍一下磁悬浮列车
昨日,我国首辆自行研制的“中华01号”暗轨磁悬浮技术验证车在大连伯顿电机公司车间内的一条轨道上,行驶了具有历史意义的56米。
大连市市长夏德仁在现场说,真正投入运营时,此车的轨道将铺设在绿色草坪之下,称为“暗轨”,从地面上看过去就好像车在草地上飞一样,如果推广开来,大连就可以率先进入绿色交通时代。
记者昨日有幸成为“中华01号”的第一批乘客,人坐在车上,会产生一种车正悬在空中,与地面没有摩擦的“轻松感”,而且也没有任何噪音。司机的操作室非常简单,只有一把椅子加一台电脑,司机师傅介绍说,磁悬浮列车对司机的技术要求很低,只要会操作电脑就可以。
据大连市永磁悬浮课题组介绍,“中华01号”磁悬浮技术验证车车长10.3米,宽3.12米,高2.86米,设计载客32人,是专为市区公交运输设计的,最高时速限制在110公里以下。
“中华01号”磁悬浮耗能几乎为零,其净悬浮力可达4吨/米,运输能力相当于现行火车,而且采用车与路一体化结构设计,安全性大大提高。它的暗轨磁悬浮路段每公里造价仅为5000万元人民币,相当于国外的1/6,列车运行成本低于现行火车,是运行成本最低的磁悬浮。“中华01号”是于9月29日在大连研制成功的。
中国工程院院士沈闻孙说,磁悬浮列车是当今世界上最先进的交通工具,目前,只有德国、日本在进行研制,由于造价高、悬浮力小等原因至今未能推广开来。大连磁悬浮项目课题组经过16年的努力,研制出拥有自主知识产权的永磁补偿式悬浮技术,它所采用的永磁材料由稀土资源合成,而中国是世界稀土资源第一大国,储量占全世界85%。该技术与德国为代表的常导电磁吸式悬浮技术、日本为代表的超导电动悬浮技术相比,具有造价低、悬浮力大等优点,具有较高的商业价值,更适合我国的国情。
据悉,大连将建一条长1.5公里的磁悬浮试验线路用于旅游观光。据《大连晚报》
大连年内建"中国动力"磁浮
3公里磁浮线路完全拥有自主知识产权,晨报探访大连永磁悬浮课题组
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不同于上海,大连磁浮“悬空飞行”
在大连磁谷科技有限公司总经理苏珣和工作人员的带领下,笔者来到大连磁谷科技公司实验车间。
这是一个较为空旷的厂房,摆放着几列装置以及两条已经研制成功的永磁悬浮列车实验线。这个车间里最为抢眼的,就是悬挂在约40米轨道上的“中华06号”轻型吊轨磁悬浮技术验证列车。
与上海的磁浮列车不同,大连的磁悬浮试验列车完全悬挂在半空中。在工作人员的许可下,笔者登上了这辆“悬空”的永磁悬浮列车感受一番。
短短的40米距离,笔者还未能体会到那种奔驰如飞的感觉,刚刚加速就已经到达了终点,但是列车在行驶过程中的平稳和安静却令人印象深刻。这节外形奇特的磁悬浮列车共设有10个乘客座位,虽然还只是一节技术验证列车,但是其内里的装饰与设施却尽显现代化。
苏珣告诉笔者,“中华06号”的所有设施配件都是由当地制造的,采用吊轨的形式还能够节约地面的土地资源。“列车吊在半空中行驶,轨道的上面和下面都可以利用起来,作为其它的交通线路。”
“中华06号”旁边的一条轨道上,还有一节能容纳30人的大型游览永磁悬浮列车。在旁边的一个大厅内,有数件磁谷科技的技术装置,其中就包括最近公布的永磁悬浮列车的“心脏”———磁动机。苏珣详细地为笔者讲解了磁动机的工作原理,工作人员还当场开启了105牛顿和1500牛顿的两台磁动机,在磁能的作用下,相互间隔的“磁轮”开始高速转动,但产生的音量却微乎其微。
最高时速536公里,稳定悬浮不耗电
2004年10月,“中华01号”暗轨磁悬浮技术验证列车开始首次运行,标志着中国永磁悬浮列车在大连诞生。时隔两年,大连磁谷科技于今年6月中旬宣布拥有完全自主知识产权的磁动机技术已经研发成功,最高可驱动达536公里/小时的速度,大连还将在年内建设一条3公里长的永磁悬浮线路……
“永磁悬浮一个最大的特点,就是几乎不用耗费电能就可以实现稳定的悬浮。”苏珣向笔者解释说,德国的常导磁悬浮和日本的超导磁悬浮技术,都是利用线圈将电能转化为磁能来实现悬浮的,相比之下永磁悬浮技术既节省了能源又节省了成本。“永磁悬浮技术有五个优点:节能、环保、造价低、运营成本低、承载能力大。”
苏珣告诉笔者,这些看似简单的技术特点都是经历无数次失败后才达到实际运用效果的。“我们目前的技术,净悬浮力已经达到4吨/米,承载能力相当于现在的火车;永磁悬浮列车复线每公里建设费造价在0.8亿-2亿元人民币,也远低于国外。”
苏珣还透露,大连磁谷将于年内建设一条3公里长的磁悬浮线路。“我们初步设想将它建在海边或公园等游人众多的地方,以便让更多的人来感受它,同时也让市场来考验它。”
最初的爱好,让他耗费了18年
李岭群回忆起永磁悬浮研发的前尘往事感慨万千。
1988年,为了以后能不再坐数十个小时的火车往返于新疆和北京之间,大连磁谷科技董事长兼首席科学家李岭群开始研究磁悬浮。
“1988年就立项了,最初更多的是把它作为一种爱好,根本没想到会发展到今天。”李岭群原本是搞地质研究的,一个美好的梦想加上他对磁能的浓厚兴趣,让他带领着他的团队在永磁悬浮这条路上一走就是18年。
永磁悬浮课题组之前在新疆搞了15年的研发,而资金的缺乏和工业技术手段的落后使他们的研究一再受阻。李岭群在1997年才第一次看到关于德日磁悬浮技术的系统资料。“我们对国外技术的了解不多,又在研究一个全新的系统,很多东西都要靠我们自己去摸索。”
“2003年课题组搬到大连之后,我们的技术研究开始集中在短时间内由科技理论成果向实用技术转化。”李岭群说,在大连市政府的扶持和东北工业基地的技术支持下,他们的研究进展很快。
要改变人们生活,还有很长的路
“现在我们的永磁悬浮技术已经成熟,大连已经走到了让技术迈向产品化的这一步,但离大规模改变老百姓生活的那一天,还有很长的路要走。”李岭群说。
在大连磁谷公布技术成果之后,“是否掌握核心技术”、“与国外技术相比谁更好”等问题成为社会各方面关注的热点。“‘核心技术’是相对而言的,每个不同的系统都有各自不同的‘核心技术’,不能用别人的标准来判定自己的成果。”李岭群表示,在上海运行的采用德国技术的磁浮列车,其核心技术主要是导向、牵引及其控制技术,这与大连永磁悬浮以磁动机和永磁补偿系统为核心是有很大区别的。
“一项新生的事物,找到适合自己生存发展的空间才算是成功的,未必非要把别人比下去才叫好东西。”李岭群说,上海的磁浮列车采用的是德国常导磁悬浮技术,在经历了很长一段时间商业化运营之后,其安全性和稳定性是有目共睹的,这项技术的成熟性他非常认同。
目前国内从事磁悬浮列车研究的还有西南交通大学、国防科技大学等,还有些个人或团体也都提出过一些颇有价值的方案,为什么不能将各地的磁浮研究力量集中起来,建立一个全国性的研究中心呢?李岭群说:“将一些研究阶段、研究方向甚至研究基础都不同的人硬扭在一起,是很难搞出技术成果的,而通过‘论坛’的方式加强沟通是可行的。”
单靠国内技术,还无法建成磁浮交通线
国防科技大学磁悬浮技术研究中心教授常文森是中国磁悬浮列车研究的先驱者,在谈到目前国内磁悬浮列车的研究现状时,常文森表示,我们要走的路还很长。
“磁悬浮有广泛的应用领域,但是把它应用在列车这种交通工具上,是要慎之又慎的。”常文森告诉笔者,一条成熟的磁悬浮交通线路,必须把系统维护、设备生产等问题全部考虑在内,确保万无一失后才能真正用于交通运输。“事实上,我们拥有不少的磁悬浮自主知识产权,但要系统的将这些技术运用于城市交通,还有很大距离。”
“一条能作为城市交通使用的磁悬浮线路,不可能只有几公里长。线路长了需要考虑的问题和技术难度也会相应增多。”常文森向笔者介绍说,以后高速磁悬浮将成为我国磁悬浮建设的一种主导模式,相对而言低速磁悬浮的市场面较窄。“上海目前运营的这条磁悬浮线路,有很多设备零件都是我们自己生产的,但是现在单纯依靠我们的技术,还不可能建成一条高速又稳定的磁悬浮交通线路。”
常文森作为科技部磁悬浮专家组成员,曾参与过2004年对大连永磁悬浮技术的鉴定,对于大连将要建设一条3公里磁悬浮线路的做法,他表示认同。“3公里的线路如果用于旅游的话,其经济效益和实用价值都会得到体现。”
[永磁悬浮答疑]
问:永磁长期使用会不会存在消磁的现象?
李岭群:永磁采用的磁铁是经过处理的,只有在特定条件下才可能出现消磁现象,而在实际运行中不会出现消磁所需的条件。我们采用的永磁是从厂家处购买,出厂前必须是达到国家标准的。
问:永磁悬浮列车轨道在安装维修时不能使用铁磁性的工具吗?
李岭群:对。因为永磁会对含铁的物质产生很大吸力,所以在安装、维修时我们都使用非铁磁性的工具,例如铜扳手等等。
问:永磁是否会吸附空气或环境中的铁质垃圾?这会不会造成安全隐患?
李岭群:任何交通工具遭到破坏的话,都会有危险。我们已经有成熟的排障系统来清除垃圾。另外由于采用车轨一体化镶嵌结构,即便出现意外也不会造成脱轨,安全性因此大大提高。
问:日后永磁悬浮列车的票价会不会比现有的磁悬浮便宜?
李岭群:票价是依照建造、维护检修、运营等方面的成本来决定的,而永磁悬浮在这些方面的成本要比常导、超导磁悬浮系统低,所以票价应该也较低。
问:工作人员常年在高强度的磁场环境下工作,会不会对身体有所损害?
李岭群:永磁体表面磁场强度在1.5T(特斯拉)以下,经闭磁处理后,漏磁很少,距磁体200mm处就与大地磁场强度相当了。我们的工作人员已经与永磁场打了快20年的交道,还没人因此而感到不适过。
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H. 磁悬浮列车有些什么好处(环保和节能方面)
磁悬浮列车具有快速、低耗、环保、安全等优点,前景十分广阔。常导磁悬浮列车可达400至500公里/小时,超导磁悬浮列车可达500至600公里/小时。它的高速度使其在1000至1500公里之间的旅行距离中比乘坐飞机更优越。由于没有轮子、无摩擦等因素,它比目前最先进的高速火车省电30%。在500公里/小时速度下,每座位/公里的能耗仅为飞机的1/3至1/2,比汽车也少耗能30%。因无轮轨接触,震动小、舒适性好,对车辆和路轨的维修费用也大大减少。磁悬浮列车在运行时不与轨道发生摩擦,发出的噪音很低。它的磁场强度非常低,与地球磁场相当,远低于家用电器。由于采用电力驱动,避免了烧煤烧油给沿途带来的污染。磁悬浮列车一般以4.5米以上的高架通过平地或翻越山丘,从而避免了开山挖沟对生态环境造成的破坏。