Pierobežas elektromagnētiskā tehnoloģija — Maglev vilciens
Kopsavilkums: Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, cilvēku dzīvē ir notikušas zemes satricinošas pārmaiņas. Ņemot par piemēru uzvedību dzīves pamatvajadzībās, no seniem laikiem līdz mūsdienām, mēs esam piedzīvojuši tādas izmaiņas kā pastaigas-jāšana-zirgu pajūgs-vilciens-mašīna-lidmašīna utt. Pēdējos gados maglev vilcieni ir piesaistījuši cilvēku uzmanību, pateicoties to priekšrocībām, kas saistītas ar lielu ātrumu, vides aizsardzību un enerģijas taupīšanu.
Galvenie punkti:
1. Kas ir maglev vilciens?
2. Maglev vilciena princips: a. Pastāvīgas vadīšanas veids.b. Elektromagnētiskā pola atgrūšanas princips ar viena dzimuma pārstāvjiem c. Pastāvīgā magnēta tips
3. Maglev vilciena tehniskais pamats
4. Ķīnas iekšzemes maglev vilciens
5. Maglev vilcienu priekšrocības
Kas ir maglev vilciens?
Ātrgaitas maglev vilciens ir 20. gadsimta tehnoloģisks izgudrojums, un tā princips nav dziļš. Tajā tiek izmantota magnētu īpašība, ka "viens un tas pats dzimums atgrūž viens otru, un pretējie dzimumi pievelk viens otru", lai magnētam būtu spēja pretoties gravitācijai, tas ir, "magnētiskajai levitācijai". Zinātnieki dzelzceļa transporta sistēmai piemēro "magnētiskās levitācijas" principu, kas liek vilcienam pilnībā atdalīties no sliežu ceļa un peldēt, kļūstot par "bezriteņu" vilcienu ar ātrumu simtiem kilometru stundā. Šis ir tā sauktais "maglev vilciens".
Maglev vilciena princips:
Maglev vilciens ir mūsdienu augsto tehnoloģiju attīstības produkts. Princips ir izmantot elektromagnētisko spēku, lai kompensētu zemes gravitāciju, un vilci veic lineārais motors, lai vilciens tiktu piekārts uz sliežu ceļa (piekares sprauga ir aptuveni 1 cm). Tās pētniecībā un ražošanā ir iesaistītas daudzas disciplīnas, piemēram, automātiskā vadība, spēka elektronikas tehnoloģija, lineārās piedziņas tehnoloģija, mehāniskā projektēšana un ražošana, kļūdu uzraudzība un diagnostika utt. Tehnoloģija ir ļoti sarežģīta, un tā ir svarīgs valsts zinātnes un tehnoloģiju simbols. spēks un rūpnieciskais līmenis. Salīdzinot ar parastajiem riteņu sliežu vilcieniem, tam ir zems trokšņa līmenis un pasaulē pirmā maglev vilcienu demonstrācijas līnija - Shanghai Maglev Train. Pēc pabeigšanas no Pudong Longyang Road stacijas līdz Pudongas starptautiskajai lidostai tas aizņems tikai 6-6 kilometrus vairāk nekā 30 kilometru garumā. 7 minūtes. Tam piemīt bezpiesārņojuma, drošības, komforta, liela ātruma un augstas efektivitātes īpašības, un tam ir "nulles augstuma lidmašīnas" reputācija. Tas ir jauns transporta veids ar plašām perspektīvām, īpaši piemērots pilsētas dzelzceļa tranzītam. Maglev vilcienus parasti iedala atbaidīšanas un sūkšanas tipos atbilstoši dažādām levitācijas metodēm, un tos var iedalīt lielā ātrumā un vidējā un mazā ātrumā atbilstoši darbības ātrumam.
"Palikt prom" ir Maglev vilciena pamatdarbības stāvoklis. Maglev vilcieni izmanto elektromagnētisko spēku, lai neitralizētu Zemes gravitācijas spēku, ļaujot vilcienam levitēt uz sliežu ceļa. Operācijas laikā automašīnas virsbūve un trase atrodas "tuvuma" stāvoklī, un magnētiskās levitācijas sprauga ir aptuveni 1 cm, tāpēc tai ir "nulles augstuma lidmašīnas" reputācija. Salīdzinot ar parastajiem riteņu sliežu vilcieniem, tam ir zems trokšņa līmenis, zems enerģijas patēriņš, bez piesārņojuma, drošība un komforts, liels ātrums un augsta efektivitāte, un tas tiek uzskatīts par jaunu transporta veidu ar plašām perspektīvām. īpaši šajā
Zema ātruma maglev vilcieni ir īpaši piemēroti pilsētas dzelzceļa tranzītam to mazā pagrieziena rādiusa un spēcīgas kāpšanas spējas dēļ.
Pasaulē testētajiem maglev ātrvilcieniem ir šādi modeļi:
1. Parasti vadošs (elektromagnētisks) tips
Izmantojot elektromagnētisko pretstatu savstarpēju pievilkšanas principu, transportlīdzeklis tiek iekarināts trasē par aptuveni 1 cm. Vācija jau 1976. gadā ir izstrādājusi konstantas magnētiskās levitācijas eksperimentālo transportlīdzekli, ko šobrīd pārstāv vācu TR08 modelis (šis modelis tika ievests no Vācijas Šanhajā), kura maksimālais ātrums ir 500 kilometri stundā. Kad premjerministrs Džu 2000. gada jūnijā apmeklēja Vāciju, viņš mēģināja braukt ar šo ātrvilcienu pa 31.{7}}kilometru briļļu tipa pagrieziena testa līniju Emslantā ( ). Jau 1992. gadā Vācija bija paziņojusi, ka tehnoloģija ir gatava komerciālai lietošanai.
2. Izmantojot elektromagnētiskās polārās atgrūšanas principu īpaši zemā temperatūrā, transportlīdzeklis tiek piekārts apmēram 10 cm virs sliežu ceļa. 1962. gadā Japāna sāka pētīt supravadošu maglev ātrgaitas vilcienu tehnoloģiju, un 1989. gadā Jamanaši prefektūrā tika uzbūvēta 18.{7}}kilometru gara testa līnija. Ar MLX01 transportlīdzekli tika izveidots 552 kilometru stundā pilotējamais rekords. Premjerministrs Džu mēģināja braukt ar šāda veida vilcienu, kad 2000. gada septembrī apmeklēja Japānu, un joprojām turpina to izmēģināt un uzlabot.
3. Pastāvīgā magnēta tips
Zināms arī kā maglev lidmašīna, patiesībā tas ir pastāvīgā magnēta maglev ātrvilciens. Tas ir radījums, ko ASV pēta un testē. Piekares augstums ir 8-15 cm, un ātrums var sasniegt 550 kilometrus stundā. Tā kā abās vilciena pusēs ir "zobu spārni" (līdzīgi kā lidmašīnas spārniem), un "aste" pie astes līdzsvara nodrošināšanai, to sauc par maglev lidmašīnu. Četri uzņēmumi Čendu, Sičuaņas provincē, ir izveidojuši kopuzņēmumu ar American Commercial Bank, Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd., un ir panākuši apzinātu sadarbības līgumu, lai ieviestu amerikāņu tehnoloģijas. Abas puses kopīgi finansēja ražošanas bāzes izveidi un plānoja uzbūvēt aptuveni 2 kilometrus garu izmēģinājuma līniju.
Šanhajas maglev vilciens ir "pastāvīgas vadīšanas magnētiskā pievilcība" (saukta par "pastāvīgu vadītspēju") maglev vilciens. Tas veidots pēc principa "pretstati piesaista viens otru". Tā ir iesūkšanas piekares sistēma. Tas izmanto piekares elektromagnētus, kas uzstādīti uz ratiņiem abās vilciena pusēs, un magnētus, kas novietoti uz sliežu ceļa. Magnētiskā lauka radītais sūkšanas spēks liek transportlīdzeklim peldēt. . Vilciena apakšā un ratiņu augšpusē abās pusēs ir uzstādīti elektromagnēti. Reakcijas plāksnes un indukcijas tērauda plāksnes ir attiecīgi uzstādītas virs "I" sliedes un zem augšdelma daļas, lai kontrolētu elektromagnēta strāvu tā, lai starp elektromagnētu un sliežu ceļu saglabātu 1 cm atstarpi. , ļaujiet pievilcībai starp ratiņiem un vilcienu un vilciena gravitācijai līdzsvarot viens otru un izmantojiet magnētisko pievilcību, lai peldētu vilcienu par aptuveni 1 cm, lai vilciens tiktu piekārts uz sliežu ceļa. Tam precīzi jākontrolē elektromagnēta strāva.
Piekares vilciena piedziņas princips ir tieši tāds pats kā sinhronajam lineārajam motoram. Nespeciālistiski runājot, maiņstrāva, kas plūst spolē, kas atrodas abās sliežu ceļa pusēs, var pārvērst spoli par elektromagnētu, un vilciens sāks darboties, pateicoties mijiedarbībai ar vilciena elektromagnētu.
Vilciena priekšgalā esošā elektromagnēta N polu pievelk sliežu ceļam nedaudz uz priekšu uzstādītā elektromagnēta S pols, bet nedaudz vēlāk to atgrūž uz sliežu ceļa uzstādītā elektromagnēta N pols. Kad vilciens virzās uz priekšu, spolē plūstošās strāvas virziens tiek apgriezts, tas ir, sākotnējais S pols kļūst par N polu, bet N pols kļūst par S polu. Cikls mainās, un vilciens brauc uz priekšu.
Stabilitāti kontrolē vadības sistēma. "Parastās vadītspējas magnētiskās sūkšanas" vadības sistēma ir paredzēta elektromagnētu grupas uzstādīšanai, ko īpaši izmanto vadīšanai vilciena sānos. Kad vilciens novirzās pa kreisi un pa labi, virzošais elektromagnēts uz vilciena
Mijiedarbojas ar virzošās sliedes sāniem, radot atgrūšanas spēku, kas atgriež transportlīdzekli tā normālā stāvoklī. Kad vilciens brauc pa līkumu vai rampu, vadības sistēma kontrolē strāvu virzošā magnētā, lai sasniegtu darbības vadības mērķi.
Ideju par "normālas vadītspējas" maglev vilcienu ierosināja vācu inženieris Hermans Kempers 1922. gadā. "Normālās vadītspējas" maglev vilciena un sliežu ceļa un motora darbības princips ir pilnīgi vienāds. Vienkārši sakārtojiet motora "rotoru" vilcienā un novietojiet motora "statoru" uz sliežu ceļa. Mijiedarbojoties starp "rotoru" un "statoru", elektriskā enerģija tiek pārvērsta uz priekšu vērstā kinētiskā enerģijā. Mēs zinām, ka tad, kad motora "stators" ir iedarbināts, "rotoru" var darbināt, lai tas grieztos, izmantojot elektromagnētisko indukciju. Kad jauda tiek pārsūtīta uz sliežu ceļa "statoru", vilciens ar elektromagnētisko indukciju tiek stumts, lai kustētos taisnā līnijā tāpat kā motora "rotors". Maglev vilciena tehniskā bāze:
Maglev vilciens galvenokārt sastāv no trim daļām: balstiekārtas, piedziņas sistēmas un vadības sistēmas, kā parādīts attēlā.
3. Lielākajā daļā pašreizējo konstrukciju visas trīs funkcijas veic magnēti, lai gan varētu izmantot no magnētisma neatkarīgu piedziņas sistēmu. Šajās trīs daļās izmantotās tehnoloģijas ir aprakstītas attiecīgi turpmāk.
Piekares sistēma: pašlaik balstiekārtas konstrukciju var iedalīt divos virzienos, proti, normālā vadītspējas veidā, ko pieņēmusi Vācija, un supravadītajā tipā, ko pieņēmusi Japāna. Runājot par levitācijas tehnoloģiju, tā ir elektromagnētiskās levitācijas sistēma (EMS) un elektriskā levitācijas sistēma (EDS). 4. attēlā parādītas abu sistēmu strukturālās atšķirības. Elektromagnētiskā levitācijas sistēma (EMS) ir iesūkšanas levitācijas sistēma, kurā elektromagnēts uz lokomotīves un feromagnētiskais sliežu ceļš uz virzošās sliedes pievelk viens otru, lai radītu levitāciju. Kad darbojas parastais magnētiskās levitācijas vilciens, vispirms noregulējiet transportlīdzekļa apakšējās daļas balstiekārtu un vadošā elektromagnēta elektromagnētisko pievilcību un reaģējiet ar tinumiem abās zemes sliežu ceļa pusēs, lai peldētu vilcienu. Vadošā elektromagnēta transportlīdzekļa apakšējā daļā un sliežu ceļa magnēta reakcijas rezultātā ritenis un kāpurķēde tiek turēti noteiktā sānu attālumā, un riteņa sliedes bezkontakta balsts un bezkontakta vadība. tiek realizēti horizontālie un vertikālie virzieni. Piekares atstarpe starp transportlīdzekli un braukšanas trasi ir 10 mm, ko garantē augstas precizitātes elektroniskā regulēšanas sistēma. Turklāt, tā kā balstiekārta un vadība faktiski nav svarīgas vilciena ātrumam, vilciens joprojām var pāriet piekares stāvoklī pat stāvēšanas stāvoklī.
Elektriskās piekares sistēmas (EDS) izmanto magnētus uz kustīgas lokomotīves, lai radītu elektrisko strāvu uz sliedēm. Samazinoties atstarpei starp lokomotīvi un virzošo sliedi, palielināsies elektromagnētiskā atgrūšanās, un rezultātā elektromagnētiskā atgrūšanās nodrošina lokomotīvei stabilu atbalstu un vadību. Tomēr lokomotīvei jābūt aprīkotai ar kaut ko līdzīgu riteņiem, lai efektīvi atbalstītu lokomotīvi "pacelšanās" un "nolaišanās" laikā, jo EDS nevar uzturēt lokomotīves balstiekārtu, ja ātrums ir mazāks par 25 jūdzēm stundā. EDS sistēmas ir tālāk attīstītas zemas temperatūras supravadīšanas tehnoloģijā.
Galvenā supravadītāja maglev vilciena iezīme ir tā supravadošo komponentu pilnīga vadītspēja un pilnīgs diamagnētisms salīdzinoši zemā temperatūrā. Supravadošie magnēti sastāv no supravadošām spolēm, kas izgatavotas no supravadošiem materiāliem. Tam ir ne tikai nulles strāvas pretestība, bet tas var arī vadīt spēcīgu strāvu, ko nevar salīdzināt ar parastajiem vadiem. Šī funkcija ļauj izgatavot maza izmēra un jaudīgus elektromagnētus. .
Supravadošā maglev vilciena transportlīdzeklis ir aprīkots ar iebūvētiem supravadošiem magnētiem un veido indukcijas jaudas integrācijas ierīci.
Vilciena piedziņas tinums un balstiekārtas vadošais tinums ir uzstādīti abās zemes virzošās sliedes pusēs. Transportlīdzekļa indukcijas jaudas integrācijas aprīkojums sastāv no jaudas integrācijas tinuma, indukcijas jaudas integrācijas supravadītāja
Vadošais magnēts sastāv no trim daļām. Kad trīsfāzu maiņstrāva, kas atbilst transportlīdzekļa ātruma frekvencei, tiek piegādāta piedziņas tinumiem abās sliežu ceļa pusēs, tiks ģenerēts kustīgs elektromagnētiskais lauks, tādējādi radot magnētiskos viļņus uz vilciena vadošās sliedes, un vilciena supravadošais magnēts tiks pakļauts vilces spēkam, kas ir sinhronizēts ar kustīgo magnētisko lauku, un tas virza vilcienu uz priekšu. Tās princips ir kā sērfošanai, sērfotājs stāv uz viļņa virsotnes un vilnis viņu stumj uz priekšu. Līdzīgi kā sērfotāju problēmas, supravadošajiem maglev vilcieniem ir jārisina arī problēma, kā precīzi kontrolēt kustīgu elektromagnētisko viļņu maksimālo kustību. Šim nolūkam uz zemes vadošās sliedes ir uzstādīts augstas precizitātes instruments transportlīdzekļa stāvokļa noteikšanai, un trīsfāzu maiņstrāvas padeves režīms tiek pielāgots atbilstoši detektora informācijai, un elektromagnētiskā viļņa forma tiek precīzi kontrolēta. lai vilciens varētu labi kursēt.
Piedziņas sistēma: Maglev vilciena piedziņa izmanto sinhronā lineārā motora principu. Elektromagnēta spole, kas atbalsta transportlīdzekļa apakšējo daļu, darbojas kā sinhronā lineārā motora lauka spole, un trīsfāzu kustīgā magnētiskā lauka piedziņas tinums zemējuma trases iekšpusē darbojas kā armatūra, kas darbojas kā garais statora tinums. sinhronais lineārais motors. No motora darbības principa var zināt, ka tad, kad armatūras spoli kā statoru darbina, elektromagnētiskās indukcijas dēļ motora rotors tiek darbināts, lai grieztos. Līdzīgi, ja pa līniju izvietotā apakšstacija nodrošina trīsfāzu FM un AM strāvu piedziņas tinumam sliežu ceļa iekšpusē, gultņu sistēma kopā ar vilcienu tiek stumta kustībā taisnā līnijā, piemēram, motora "rotors". elektromagnētiskā indukcija. Tāpēc apturētā stāvoklī vilciens var pilnībā realizēt bezkontakta vilci un bremzēšanu.
Nespeciālistiski runājot, maiņstrāva, kas plūst spolē, kas atrodas abās trases pusēs, var pārvērst spoli par elektromagnētu. Pateicoties mijiedarbībai ar supravadošo elektromagnētu vilcienā, tas liek vilcienam kustēties. Vilciens virzās uz priekšu, jo elektromagnētu (N pols) vilciena priekšgalā pievelk elektromagnēts (S pols), kas uzstādīts uz sliežu ceļa nedaudz tālāk uz priekšu, un tajā pašā laikā to pievelk elektromagnēts (N pols) ) tiek noraidīti. Vilcienam virzoties uz priekšu, tiek mainīts spolēs plūstošās strāvas virziens. Rezultāts ir tāds, ka sākotnējā S-pola spole tagad ir N-pola spole un otrādi. Tādā veidā vilciens var turpināt braukt uz priekšu elektromagnētiskās polaritātes pārslēgšanas dēļ. Atbilstoši transportlīdzekļa ātrumam spolē plūstošās maiņstrāvas frekvenci un spriegumu regulē jaudas pārveidotājs.
Ķīnas iekšzemes maglev vilciens:
Pasaulē pirmais pilotējamais augstas temperatūras supravadošs maglev vilciens, ko izstrādāja Southwest Jiaotong University 2000.
Vēlāk izstrādātais "Century" un "Future" pilotējamais normālas temperatūras un parastās magnētiskās levitācijas vilciens ir saņēmis lielu Hu Dzjintao, Dzjan Dzemiņa un citu partiju un valstu vadītāju uzmanību un pilnīgu apstiprinājumu.
Saskaņā ar ziņojumiem jau 1994. gadā Dienvidrietumu Dzjaotongas universitāte veiksmīgi izstrādāja Ķīnā pirmo zema ātruma maglev vilcienu, kas spēj pārvadāt cilvēkus, taču tas tika veiksmīgi darbināts pilnīgi ideālos laboratorijas apstākļos. 2003. gadā Dienvidrietumu Dzjaotongas universitāte pabeidza maglev vilcienu līniju Qingshan, Chengdu, Sichuan. Maglev testa trase ir 420 metrus gara. Tas galvenokārt ir paredzēts tūristiem, un biļetes cena ir zemāka nekā taksometra cena. Pasaulē pirmā maglev vilcienu demonstrācijas līnija — Shanghai Maglev Train — pēc pabeigšanas aizņems tikai 6-7 minūtes, lai no Pudong Longyang Road stacijas līdz Pudongas starptautiskajai lidostai varētu nokļūt vairāk nekā 30 kilometrus.
Pēc magnētiskās levitācijas principa
Šanhajas Maglev vilciens
Salīdzinot ar mūsdienu ātrvilcieniem, maglev vilcieniem ir daudz nesalīdzināmu priekšrocību:
Tā kā maglev vilciens kursē pa sliežu ceļu, starp vadošo sliedi un lokomotīvi nav reāla kontakta, un tas kļūst par "bez riteņu" stāvokli, tāpēc starp riteni un sliedēm gandrīz nav berzes, un ātrums ir tikpat liels kā vairāki simti kilometru stundā; maglev vilciena uzticamība Tas ir liels, viegli kopjams un zemas izmaksas. Tā enerģijas patēriņš ir tikai puse no automašīnas patēriņa un ceturtā daļa no lidmašīnas. Troksnis ir zems. Kad maglev vilciena ātrums sasniedz vairāk nekā 300 kilometrus stundā, troksnis ir tikai 656 decibeli, kas ir tikai līdzvērtīgi skaļi runātam cilvēkam. , kas ir mazāka par garām braucošo automašīnu skaņu; jo tas tiek darbināts ar elektrību, tas neizdala izplūdes gāzes pa trasi un tam nav piesārņojuma. Tas ir īsts videi draudzīgs transporta līdzeklis.
Atsauces: Ātrgaitas EMS/Dong Ximing/Ķīnas dzelzceļa preses darba principi un strukturālās iezīmes? 2007.12.1.; Little Newton Science Museum--Elektriskās un magnētiskās levitācijas vilcieni (ceturtā sērija) Guizhou Education Press, 2011. gada 9. decembris
