常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400~500公里,适合于城市间的长距离快速运输。而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型,以日本MAGLEV为代表。它是利用超导磁体产生的强磁场,列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用,产生电动斥力将列车悬起,悬浮气隙较大,一般为100毫米左右,速度可达每小时500公里以上。
磁悬浮技术的研究源于德国,早在1922年Hermann Kemper先生就提出了电磁悬浮原理,并于1934年申请了磁浮列车的专利。进入70年代以后,随着世界工业化国家经济实力的不断加强,为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要,德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。根据当时轮轨极限速度的理论,科研工作者们认为,轮轨方式运输所能达到的极限速度为每小时350公里左右,要想超越这一速度运行,必须采取不依赖于轮轨的新式运输系统。这种认识引起许多国家的科研部门的兴趣,但后来都中途放弃,目前只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究,并均取得了令世人瞩目的进展。
德国开发的磁悬浮列车Transrapid于1989年在埃姆斯兰试验线上达到每小时436公里的速度。日本开发的磁悬浮列车MAGLEV (Magnetically Levitated Trains)于1997年12月在山梨县的试验线上创造出每小时550公里的世界最高纪录。德国和日本两国在经过长期反复的论证之后,均认为有可能于下个世纪中叶以前使磁悬浮列车在本国投入运营。
磁悬浮列车速度快主要是因为动力大和阻力小两方面原因。
阻力小:由于其轨道的磁力使它悬浮在空中,行驶时不同于其他列车需要接触地面增加摩擦力,因此只受来自空气的阻力,从而减少了摩擦带来的速度损耗;动力大:采用电磁力驱动的列车,是电流的强弱来决定牵引力的大小,电流的调节加速在根本上比其它加速(如燃料加速,物理加速)要迅速,还可以实现连续调节。从理论上来分析,能提供多大的电流,就可以使磁浮列车跑多快(排除空气阻力,线路长度和机械结构限制等因素)。磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到500公里以上,是当今世界最快的地面客运交通工具,有速度快、爬坡能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油,污染少等优点。并且它采用采用高架方式,占用的耕地很少。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起,摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声,实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。
稍有物理知识的人都知道:把两块磁铁相同的一极靠近,它们就相互排斥,反之,把相反的一极靠近,它们就互相吸引。托起磁悬浮列车的,那似乎神秘的悬浮之力,其实就是这两种吸引力与排斥力。
应用准确的定义来说,磁悬浮列车实际上是依靠电磁吸力或电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向,实现列车与地面轨道间的无机械接触,再利用线性电机驱动列车运行。虽然磁悬浮列车仍然属于陆上有轨交通运输系统,并保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点,但由于列车在牵引运行时与轨道之间无机械接触,因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题,所以它也许会成为人们梦寐以求的理想陆上交通工具。
根据吸引力和排斥力的基本原理,国际上磁悬浮列车有两个发展方向。一个是以德国为代表的常规磁铁吸引式悬浮系统--EMS系统,利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理,把列车吸引上来,悬空运行,悬浮的气隙较小,一般为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里,适合于城市间的长距离快速运输;另一个是以日本的为代表的排斥式悬浮系统--EDS系统,它使用超导的磁悬浮原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,使列车悬空运行,这种磁悬浮列车的悬浮气隙较大,一般为100毫米左右,速度可达每小时500公里以上。这两个国家都坚定地认为自己国家的系统是最好的,都在把各自的技术推向实用化阶段。估计到下一个世纪,这两种技术路线将依然并存
随着科学技术的不断发展,列车的速度也越来越快。目前世界上最快的电动列车时速已经达到200公里以上。然而,所有这些列车都是在轨道上运行的,由于摩擦力等原因,再要提高车速就比较困难了。因此,人们早就想设计一种“会飞的列车”,以满足日益增长的交通运输需要。1972年,世界上第一台试验性“飞车”——磁悬浮列车终于诞生了。又经过了几年的努力,现在磁悬浮列车已经趋近于实用阶段,最高时速已达507公里。这是目前世界上速度最快的陆上交通运输工具。预计这种列车时速可增到550公里。
磁悬浮列车用硬铝制造,用电子计算机自动控制。动力由三相线性感应电动机供给,车底的旋转线图通电后,就能推动列车沿导轨稳定前进。每节车厢底部两旁都装有永磁体或小型超导磁体,在轨道两旁埋设有一系列导电性能良好的金属圆环,例如铝环。当列车前进的时候,磁体向轨道面产生强大的磁场,和轨道两旁的铝环发生相对运动,使铝环内感应出很大的电流。这个感应电流会产生很强的磁场,其方向与磁体磁场相反,从而产生了一个向上的浮力,把列车凌空托起10毫米左右。通常列车的运动速度越高,由感应电流产生的磁场也越强,磁悬浮力就越大。列车静止时,磁体与铝环没有相对运动,环内不产生感应电流,磁悬浮力消失。所以,在开车和停车过程中,列车仍在轨道上运行。
磁悬浮列车在高速运行时只受到空气的粘滞阻力,其噪音很小。因为列车由电力推动,所以也不会污染环境。此外,这种列车还具有速度快、平稳舒适、适合长短路程、耗电量小、外形美观、造价低廉等优点。
现在,科学家们又在设想,假如让磁悬浮列车在真空的管道中运行,就可克服空气阻力,这样列车时速可以提高到1600公里以上。届时人们可以不坐飞机,而改乘这种安全舒适的超音速地面车了。
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