Pasienio elektromagnetikos technologija – Maglevo traukinys
Anotacija: Tobulėjant mokslui ir technologijoms, žmonių gyvenime įvyko stulbinančių pokyčių. Imdami elgseną kaip pavyzdį pagrindinių gyvenimo reikmių srityje, nuo seniausių laikų iki šių dienų patyrėme tokius pokyčius kaip ėjimas-jodinėjimas-arklio traukiamas vežimas-traukinys-automobilis-lėktuvas ir pan. Pastaraisiais metais maglev traukiniai patraukė žmonių dėmesį dėl didelio greičio, aplinkos apsaugos ir energijos taupymo pranašumų.
Pagrindiniai klausimai:
1. Kas yra maglev traukinys?
2. Maglev traukinio principas: a. Pastovaus laidumo tipas.b. Tos pačios lyties elektromagnetinio polių atstūmimo principas c. Nuolatinio magneto tipas
3. Maglev traukinio techniniai pagrindai
4. Kinijos vidaus maglev traukinys
5. Maglev traukinių privalumai
Kas yra maglev traukinys?
Greitasis maglevinis traukinys yra XX amžiaus technologinis išradimas, o jo principas nėra gilus. Jame panaudota magnetų savybė, kad „ta pati lytis atstumia viena kitą, o priešingos lytys traukia viena kitą“, todėl magnetas turi savybę atsispirti gravitacijai, tai yra „magnetinei levitacijai“. Mokslininkai geležinkelio transporto sistemoje taiko „magnetinės levitacijos“ principą, dėl kurio traukinys visiškai atsiskiria nuo bėgių ir plūduriuoja, tampa „beračiu“ traukiniu, kurio greitis siekia šimtus kilometrų per valandą. Tai vadinamasis „maglev traukinys“.
Maglev traukinio principas:
Maglev traukinys yra šiuolaikinės aukštųjų technologijų plėtros produktas. Principas yra naudoti elektromagnetinę jėgą žemės gravitacijai kompensuoti, o trauką atlieka tiesinis variklis, kad traukinys būtų pakabintas ant bėgių kelio (pakabos tarpas yra apie 1 cm). Jos moksliniai tyrimai ir gamyba apima daugybę disciplinų, tokių kaip automatinis valdymas, galios elektronikos technologijos, linijinės varymo technologijos, mechaninis projektavimas ir gamyba, gedimų stebėjimas ir diagnostika ir kt. Ši technologija yra labai sudėtinga ir yra svarbus šalies mokslo ir technologijų simbolis. stiprumo ir pramoninio lygio. Palyginti su įprastais ratais-bėgio traukiniais, jis pasižymi mažu triukšmu ir pirmąja pasaulyje maglev traukinių demonstravimo linija – Shanghai Maglev Train. Baigę nuo Pudong Longyang Road stoties iki Pudongo tarptautinio oro uosto nuvažiuosite tik 6-6 kilometrų daugiau nei 30 kilometrų. 7 minutes. Neteršimo, saugumo, komforto, didelio greičio ir didelio efektyvumo charakteristikos turi „nulinio aukščio orlaivio“ reputaciją. Tai nauja transporto rūšis su plačiomis perspektyvomis, ypač tinkama miesto geležinkelių tranzitui. „Maglev“ traukiniai paprastai skirstomi į atstumiamąjį ir siurbimo tipą pagal skirtingus levitacijos metodus, o pagal veikimo greitį gali būti suskirstyti į didelio greičio ir vidutinio ir mažo greičio.
„Išlikti nuošalyje“ yra pagrindinė maglev traukinio darbo būsena. „Maglev“ traukiniai naudoja elektromagnetinę jėgą, kad atremtų Žemės gravitacinę trauką, leisdami traukiniui levituoti bėgiu. Operacijos metu automobilio kėbulas ir trasa yra „uždarymo“ būsenoje, o magnetinės levitacijos tarpas yra apie 1 cm, todėl turi „nulinio aukščio lėktuvo“ reputaciją. Palyginti su įprastais traukiniais su ratais ir bėgiais, jis pasižymi mažu triukšmu, mažu energijos suvartojimu, neteršia, saugumu ir komfortu, dideliu greičiu ir dideliu efektyvumu ir yra laikomas nauja transporto rūšimi su plačiomis perspektyvomis. ypač šioje
Mažo greičio maglev traukiniai yra ypač tinkami miesto geležinkeliu tranzitu dėl savo mažo apsisukimo spindulio ir stiprios kopimo galimybės.
Pasaulyje bandomi greitieji maglev traukiniai turi šiuos modelius:
1. Paprastai laidus (elektromagnetinis) tipas
Naudojant elektromagnetinių priešingybių vienas kitą pritraukimo principą, transporto priemonė trasoje pakabinama apie 1 cm. Dar 1976 metais Vokietija sukūrė nuolatinės magnetinės levitacijos eksperimentinę transporto priemonę, kurią šiuo metu reprezentuoja vokiškas TR08 modelis (šis modelis buvo importuotas iš Vokietijos Šanchajuje), kurio maksimalus greitis yra 500 kilometrų per valandą. Kai 2000 m. birželio mėn. premjeras Zhu lankėsi Vokietijoje, jis bandė važiuoti šiuo greituoju traukiniu 31.{7}}kilometro akinių tipo pasukimo bandymo linija Emslante ( ). Jau 1992 m. Vokietija paskelbė, kad technologija yra paruošta komerciniam pritaikymui.
2. Naudojant elektromagnetinio polinio atstūmimo principą esant itin žemai temperatūrai, transporto priemonė pakabinama apie 10 cm virš bėgių kelio. 1962 m. Japonija pradėjo studijuoti superlaidaus maglev greitųjų traukinių technologiją, o 1989 m. Jamanašio prefektūroje buvo nutiesta 18 4-kilometrų ilgio bandymo linija. Su MLX01 automobiliu buvo pasiektas 552 kilometrų per valandą pilotuojamo greičio rekordas. 2000 m. rugsėjį viešėdamas Japonijoje premjeras Zhu bandė važiuoti tokio tipo traukiniu ir vis dar bando bei tobulina.
3. Nuolatinio magneto tipas
Taip pat žinomas kaip maglev orlaivis, tai iš tikrųjų yra nuolatinio magneto maglev greitasis traukinys. Tai kūrinys, kurį tiria ir išbando JAV. Pakabos aukštis yra 8-15 cm, o greitis gali siekti 550 kilometrų per valandą. Kadangi abiejose traukinio pusėse yra „danties sparnai“ (panašūs į lėktuvo sparnus), o ties uodega – „uodega“, kad būtų išlaikyta pusiausvyra, jis vadinamas maglev lėktuvu. Keturios įmonės Čengdu mieste, Sičuano provincijoje, įkūrė bendrą įmonę su Amerikos komerciniu banku Feimei Magnetic Levitation High-speed Aircraft Co., Ltd. ir pasiekė tyčinio bendradarbiavimo susitarimą, kad pristatytų amerikietiškas technologijas. Abi šalys bendrai finansavo gamybinės bazės įkūrimą ir planavo pastatyti apie 2 kilometrų ilgio bandymo liniją.
Šanchajaus maglevo traukinys yra „nuolatinio laidumo magnetinė trauka“ (vadinama „nuolatiniu laidumu“) maglev traukinys. Jis sukurtas remiantis principu „priešingybės traukia viena kitą“. Tai siurbimo pakabos sistema. Jame naudojami pakabos elektromagnetai, sumontuoti ant vežimėlių abiejose traukinio pusėse, ir magnetai, paguldyti ant bėgių kelio. Magnetinio lauko sukuriama siurbimo jėga priverčia transporto priemonę plūduriuoti. . Elektromagnetai sumontuoti traukinio apačioje ir vežimėlių viršuje iš abiejų pusių. Reakcijos plokštės ir indukcinės plieninės plokštės yra atitinkamai sumontuotos virš „I“ bėgio ir žemiau viršutinės rankos dalies, kad būtų galima valdyti elektromagneto srovę taip, kad tarp elektromagneto ir bėgio būtų išlaikytas 1 cm tarpas. , leiskite traukai tarp vežimėlio ir traukinio ir traukinio gravitacijai subalansuoti vienas kitą, o magnetinės traukos pagalba traukinys išplaukia maždaug 1 cm, kad traukinys būtų pakabintas ant bėgių kelio. Tai turi tiksliai valdyti srovę į elektromagnetą.
Pakabos traukinio vairavimo principas yra visiškai toks pat kaip sinchroninio linijinio variklio. Žodžiu, kintamoji srovė, tekanti ritėje, esančioje abiejose bėgių kelio pusėse, gali paversti ritę elektromagnetu, o traukinys pradės veikti dėl sąveikos su traukinyje esančiu elektromagnetu.
Traukinio priekyje esantį elektromagneto N polių traukia šiek tiek į priekį įrengto elektromagneto S polius, o kiek vėliau atstumia bėgių kelyje sumontuoto elektromagneto N polius. Traukiniui judant į priekį, ritėje tekančios srovės kryptis pasikeičia, tai yra, pradinis S polius tampa N poliumi, o N polius tampa S poliumi. Ciklas kaitaliojasi, ir traukinys važiuoja į priekį.
Stabilumą kontroliuoja valdymo sistema. „Normalaus laidumo magnetinio siurbimo“ nukreipimo sistema skirta elektromagnetų grupei, specialiai naudojamai nukreipti traukinio šone, sumontuoti. Kai traukinys nukrypsta į kairę ir į dešinę, traukinyje yra kreipiamasis elektromagnetas
Sąveikauja su kreipiamojo bėgio šonu, kad sukurtų atstumiamąją jėgą, kuri grąžina transporto priemonę į normalią padėtį. Kai traukinys važiuoja vingiu arba rampa, valdymo sistema valdo kreipiamojo magneto srovę, kad būtų pasiektas operacijos valdymo tikslas.
„Normalaus laidumo“ maglevinio traukinio idėją 1922 m. pasiūlė vokiečių inžinierius Hermannas Kemperis. „Normalaus laidumo“ maglevinio traukinio ir bėgių kelio bei variklio veikimo principas yra visiškai tas pats. Tiesiog sutvarkykite variklio „rotorių“ traukinyje, o variklio „statorių“ padėkite ant bėgių. „Rotoriaus“ ir „statoriaus“ sąveikos metu elektros energija paverčiama į priekį nukreipta kinetine energija. Žinome, kad kai variklio „statorius“ įjungiamas, „rotorius“ gali suktis per elektromagnetinę indukciją. Kai energija perduodama bėgių kelio „statoriui“, traukinys elektromagnetinės indukcijos būdu stumiamas judėti tiesia linija, kaip ir variklio „rotorius“. Techninė maglev traukinio bazė:
Maglev traukinį daugiausia sudaro trys dalys: pakabos sistema, varomoji sistema ir nukreipimo sistema, kaip parodyta paveikslėlyje.
3. Daugumoje dabartinių konstrukcijų visas tris funkcijas atlieka magnetai, nors gali būti naudojama ir nuo magnetizmo nepriklausoma varomoji sistema. Šiose trijose dalyse naudojamos technologijos atitinkamai pristatomos toliau.
Pakabos sistema: Šiuo metu pakabos sistemos konstrukciją galima suskirstyti į dvi kryptis, ty įprastą laidumo tipą, priimtą Vokietijoje, ir į superlaidų tipą, priimtą Japonijoje. Kalbant apie levitacijos technologiją, tai yra elektromagnetinės levitacijos sistema (EMS) ir elektrinė levitacijos sistema (EDS). 4 paveiksle parodyti dviejų sistemų struktūriniai skirtumai. Elektromagnetinės levitacijos sistema (EMS) yra siurbimo levitacijos sistema, kurioje lokomotyvo elektromagnetas ir kreipiamojo bėgio feromagnetinis bėgis pritraukia vienas kitą, kad sukurtų levitaciją. Kai veikia įprastas magnetinės levitacijos traukinys, pirmiausia sureguliuokite apatinės transporto priemonės dalies pakabą ir kreipiamojo elektromagneto elektromagnetinę trauką ir reaguokite su apvijomis abiejose antžeminio bėgio pusėse, kad traukinys plūduriuotų. Apatinėje transporto priemonės dalyje esant kreipiamojo elektromagneto ir vikšro magneto reakcijai, ratas ir vikšras išlaikomi tam tikru šoniniu atstumu, o bekontakčio atrama ir bekontaktis rato bėgio valdymas realizuojamos horizontalios ir vertikalios kryptys. Pakabos tarpas tarp transporto priemonės ir važiavimo takelio yra 10 mm, tai garantuoja itin tiksli elektroninė reguliavimo sistema. Be to, kadangi pakaba ir nukreipimas iš tikrųjų nėra svarbūs traukinio greičiui, traukinys vis tiek gali pereiti į pakabos būseną net ir stovėdamas.
Elektrinės pakabos sistemos (EDS) naudoja magnetus ant judančio lokomotyvo, kad generuotų elektros srovę ant bėgių. Mažėjant tarpui tarp lokomotyvo ir kreipiamojo bėgio, elektromagnetinis atstūmimas padidės, o atsirandantis elektromagnetinis atstūmimas užtikrina stabilią lokomotyvo atramą ir nukreipimą. Tačiau lokomotyvas turi turėti kažką panašaus į ratus, kurie veiksmingai palaikytų lokomotyvą „kilimo“ ir „nusileidimo“ metu, nes EDS negali išlaikyti lokomotyvo pakabos važiuojant mažesniu nei 25 mylių per valandą greičiu. EDS sistemos buvo toliau plėtojamos taikant žemos temperatūros superlaidumo technologiją.
Pagrindinis superlaidaus maglev traukinio bruožas yra visiškas superlaidžių komponentų laidumas ir visiškas diamagnetizmas esant santykinai žemai temperatūrai. Superlaidžius magnetus sudaro superlaidžios ritės, pagamintos iš superlaidžių medžiagų. Jis ne tik turi nulinę srovės varžą, bet ir gali vesti galingą srovę, kurios negalima palyginti su įprastais laidais. Ši savybė leidžia pagaminti mažo dydžio ir galingus elektromagnetus. .
Superlaidaus maglev traukinio transporto priemonėje yra sumontuoti superlaidūs magnetai ir ji yra indukcinės galios integravimo įtaisas.
Traukinio pavaros apvija ir pakabos kreipiamoji apvija sumontuota abiejose antžeminio kreipiamojo bėgio pusėse. Transporto priemonės indukcinės galios integravimo įranga susideda iš galios integravimo apvijos, indukcinės galios integravimo superlaidžios
Kreipiamasis magnetas susideda iš trijų dalių. Kai trifazė kintamoji srovė, atitinkanti transporto priemonės greičio dažnį, tiekiama į pavaros apvijas abiejose bėgių kelio pusėse, bus sukurtas judantis elektromagnetinis laukas, taip generuojantis magnetines bangas ant traukinio kreipiamojo bėgio ir traukinyje esantis superlaidus magnetas bus veikiamas a. Trauka, sinchronizuota su judančiu magnetiniu lauku, stumia traukinį į priekį. Jo principas panašus į banglenčių sportą, banglentininkas stovi ant bangos keteros ir bangos stumiamas į priekį. Panašiai kaip ir banglentininkams kylančios problemos, superlaidūs maglev traukiniai taip pat turi spręsti problemą, kaip tiksliai valdyti didžiausią judančių elektromagnetinių bangų judėjimą. Šiuo tikslu ant žemės kreipiamojo bėgio yra sumontuotas didelio tikslumo prietaisas, skirtas transporto priemonės padėčiai nustatyti, o trifazis kintamosios srovės tiekimo režimas reguliuojamas pagal detektoriaus informaciją, o elektromagnetinė bangos forma yra tiksliai valdoma. kad traukinys galėtų gerai važiuoti.
Varomoji sistema: Maglev traukinio pavara naudoja sinchroninio tiesinio variklio principą. Elektromagneto ritė, laikanti apatinę transporto priemonės dalį, veikia kaip sinchroninio tiesinio variklio lauko ritė, o trifazio judančio magnetinio lauko pavaros apvija įžeminimo takelio viduje veikia kaip armatūra, kuri veikia kaip ilgoji statoriaus apvija. sinchroninis tiesinis variklis. Iš variklio veikimo principo galima žinoti, kad kai statoriaus armatūros ritė yra maitinama, variklio rotorius yra verčiamas suktis dėl elektromagnetinės indukcijos. Panašiai, kai palei liniją išdėstyta pastotė tiekia trifazę FM ir AM maitinimą pavaros apvijai bėgių kelio viduje, guolių sistema kartu su traukiniu stumiama judėti tiesia linija kaip variklio „rotorius“ dėl elektromagnetinė indukcija. Todėl pakabinamoje būsenoje traukinys gali visiškai realizuoti bekontaktę trauką ir stabdymą.
Žodžiu, kintamoji srovė, tekanti ritėje, esančioje abiejose bėgių kelio pusėse, gali paversti ritę elektromagnetu. Dėl sąveikos su superlaidžiu elektromagnetu traukinyje jis priverčia traukinį judėti. Traukinys juda į priekį, nes traukinio priekyje esantį elektromagnetą (N polius) traukia šiek tiek toliau priekyje esantis elektromagnetas (S polius), o tuo pačiu traukia elektromagnetas (N polius) ) yra atmetami. Traukiniui judant į priekį, ritėse tekančios srovės kryptis pasikeičia. Dėl to originali S polių ritė dabar yra N polių ritė ir atvirkščiai. Tokiu būdu traukinys gali toliau važiuoti į priekį dėl elektromagnetinio poliškumo perjungimo. Pagal automobilio greitį ritėje tekančios kintamosios srovės dažnis ir įtampa reguliuojami galios keitikliu.
Kinijos vidaus maglev traukinys:
Pirmasis pasaulyje pilotuojamas aukštos temperatūros superlaidus maglev traukinys, sukurtas Southwest Jiaotong universiteto 2000 m.
Vėliau sukurtas „Šimtmečio“ ir „Ateities“ pilotuojamas normalios temperatūros ir normalios magnetinės levitacijos traukinys sulaukė didelio Hu Jintao, Jiang Zemino ir kitų partijų bei valstybės vadovų dėmesio ir visiško patvirtinimo.
Remiantis pranešimais, dar 1994 metais Pietvakarių Jiaotongo universitetas sėkmingai sukūrė pirmąjį Kinijoje mažo greičio maglev traukinį, galintį vežti žmones, tačiau jis buvo sėkmingai eksploatuojamas visiškai idealiomis laboratorinėmis sąlygomis. 2003 m. Pietvakarių Jiaotong universitetas užbaigė maglev traukinių liniją Čingšane, Čengdu, Sičuane. Maglevo bandymų trasa yra 420 metrų ilgio. Jis daugiausia skirtas turistams, o bilieto kaina yra mažesnė nei taksi. Pirmoji pasaulyje maglev traukinių demonstracinė linija – Šanchajaus Maglev traukinys, baigus statyti, nukeliaus daugiau nei 30 kilometrų nuo Pudong Longyang Road stoties iki Pudongo tarptautinio oro uosto.
Magnetinės levitacijos principu
Šanchajaus Maglev traukinys
Palyginti su šiuolaikiniais greitaisiais traukiniais, maglev traukiniai turi daug nepalyginamų pranašumų:
Kadangi maglev traukinys važiuoja bėgių keliu, nėra realaus kontakto tarp kreipiančiojo bėgio ir lokomotyvo ir jis tampa "be rato" būsena, todėl beveik nėra trinties tarp rato ir bėgio, o greitis yra toks pat didelis. kaip keli šimtai kilometrų per valandą; maglev traukinio patikimumas Jis yra didelis, lengvai prižiūrimas ir pigus. Jo energijos sąnaudos yra tik pusė automobilio ir ketvirtadalį lėktuvo energijos. Triukšmas mažas. Kai maglev traukinio greitis siekia daugiau nei 300 kilometrų per valandą, triukšmas siekia tik 656 decibelus, o tai prilygsta tik garsiai kalbančiam žmogui. , kuris yra mažesnis už pro šalį važiuojančių automobilių garsą; Kadangi jis varomas elektra, jis neišskirs išmetamųjų dujų palei trasą ir neteršia. Tai tikra ekologiška transporto priemonė.
Nuorodos: Greitųjų EPS/Dong Ximing/Kinijos geležinkelio spaudos darbo principai ir struktūriniai ypatumai? 2007.12.1; Little Newton Science Museum--Elektrinės ir magnetinės levitacijos traukiniai (ketvirtoji serija) Guizhou Education Press, 2011 12 9
