Транспорт на магнитном подвесе

Зубчатость конструкции магнитопровода вторичного элемента способствует снижению тормозных магнитных сил подвеса при движении экипажа со скоростью более 100 км/ч. Выполнение обмотки индуктора подвеса из алюминия в сочетании с малым объемом стали (только зубцы) способствует снижению их удельной массы до 50 кг на 1 т подъёмной силы, что позволяет создавать легкие поезда на магнитном подвесе. Индукторы имеют длину около 1 м.

Конструкция тягового линейного асинхронного двигателя (ЛАД) пояснена рис. 3. В качестве вторичного элемента двигателя использован вторичный элемент подвески. Это снижает стоимость пути и упрощает конструкцию транспорта. Обмотка индуктора собрана из кольцевых катушек (типа Грамма), которые одеты на шихтованный ферромагнитный сердечник. Между катушками располагаются приставные ферромагнитные зубцы. Данную обмотку легко выполнить посредством соединения катушек в виде трехфазной или двухфазной. Рабочие зазоры двигателя образованы между зубцами и токопроводящими слоями вторичного элемента. Для уменьшения потерь энергии на процессы «входа-выхода» контуров вторичного элемента в рабочий зазор предусматривается снижение магнитной индукции в нем к торцам приблизительно до 30% этого параметра в средней части двигателя. Общее число полюсов индуктора — 10, его мина — 2 м.

Аналогично рассмотренной выше подвеске при взаимодействии бегущего магнитного поля с вторичным элементом  возникает изгиб силовых линий  магнитного поля в рабочем зазоре двигателя, но не в вертикальных, а  в горизонтальных плоскостях. Благодаря  этому явлению, достигается самостабилизация зазоров между индуктором и вторичным элементом двигателя. Индукторы тяговых двигателей установлены на основаниях аналогично индукторам подвески. Тяговое усилие двигателя передается платформе посредством штанг и цилиндрических шарниров. Для улучшения условий прохождения криволинейных участков пути индуктор тягового двигателя может быть разделен по длине на несколько блоков, его обмотка это позволяет сделать с использованием блоков практически любой длины.

Высокая степень чистоты (шлифовка и полировка) рабочих поверхностей индукторов подвеса и тяги, а также  их антифрикционное покрытие исключают  образование задиров на поверхности вторичного элемента при его соприкосновении с индукторами. Такие соприкосновения происходят в нештатных режимах (отключение электропитания и др.).

Место расположения индукторов тяговых  двигателей по длине экипажа определяются индивидуально для каждого конкретного  проекта.

Управление работой двигателей производится посредством полупроводниковых  преобразователей частоты, получающих питание постоянным током через  двухпроводную троллейную сеть.

Компоновка транспорта на магнитном  подвесе с линейным асинхронным приводом представлена на рис. 4.

На основе электромагнитной подвески переменного тока и линейного  асинхронного привода, возможно, спроектировать относительно легкий подвижной состав. Весьма существенным его качеством  является отсутствие регуляторов зазоров  в подвесе и двигателе, возможность  относительно простого «парения» экипажа  над путевым полотном в состоянии  его покоя и при движении. Магнитный  подвес обеспечивает более равномерное  распределение давления экипажа на путь. Так колесные опоры движения магистрального железнодорожного транспорта имеют 22,5 т/ось. Здесь же можно обойтись давлением 1 т на метр погонный и менее. Это открывает возможности создания более легкого путевого полотна, его экономной прокладки по поверхности, огражденной в условиях города забором, относительно легкой эстакаде, в туннеле типа метро. В последнем случае имеется возможность сократить диаметр туннеля с 5.1 м (Московское метро) до 3 м и площадь его сечения приблизительно в 3 раза. Это позволит сократить стоимость подземных сооружений.

Комбинированная прокладка пути позволит иметь оптимальные трассы, сократить  капитальные вложения и сроки  прокладки новых путей в условиях крупного города.

Что касается скорости данного транспорта, то рационально начинать с ее минимального значения, определяемого городскими условиями. По мере освоения систем электрооборудования  и конструкции пути увеличивать  скорость движения применительно к  требованиям пригородного и междугородного сообщения.

Система электромагнитного подвеса  и линейного асинхронного двигателя  имеет простую по сравнению с  колесными опорами и приводом вращательного движения кинематику ходовой части, обеспечивающую передачу больших транспортных усилий бесконтактным  способом, что, безусловно, позволит повысить надежность и скорость наземного  транспорта, улучшить его технико-экономические  параметры.

 

Реализация.

M-Bahn в Берлине. Первая публичная система маглев (M-Bahn) построена в Берлине в 1980-х годах. Дорога длиной 1,6 км соединяла 3 станции метро от железнодорожного узла Gleisdreieck до выставочного комплекса на Potsdamer Strasse. После долгих испытаний дорога была открыта для движения пассажиров 28 августа 1989 г. Проезд был бесплатный, вагоны управлялись автоматически без водителя, дорога работала только по выходным дням. В районе, куда подходила дорога, предполагалось провести массовое строительство. Дорога была построена на эстакадном участке бывшей линии метро U2, где движение было прервано в связи с разделением Германии и разрушениями во время войны. 18 июля 1991 линия перешла в промышленную эксплуатацию и включена в систему метро Берлина.

После разрушения Берлинской стены  население Берлина фактически удвоилось  и потребовалось соединить транспортные сети Востока и Запада. Новая дорога прерывала важную линию метро, а  городу требовалось обеспечить высокий  пассажиропоток. Через 13 дней после  ввода в промышленную эксплуатацию, 31 июля 1991, муниципалитет принял решение  демонтировать магнитную дорогу и восстановить метро. C 17 сентября дорога была демонтирована, а позднее —  восстановлено метро.

Бирмингем. Нескоростной маглев-челнок ходил от Бирмингемского аэропорта к ближайшей железнодорожной станции в период с 1984 по 1995 гг. Длина трассы составляла 600 м, и зазор подвеса составлял 1,5 см. Дорога, проработав 10 лет, была закрыта из-за жалоб пассажиров на неудобства и была заменена традиционной монорельсовой дорогой.

Шанхай. Неудача с первой маглев-дорогой в Берлине не отпугнула немецкую компанию Transrapid — дочернее предприятие Siemens AG и ThyssenKrupp — от продолжения исследований, и позже компания получила заказ от китайского правительства на строительство высокоскоростной (450 км/ч) маглев-трассы от шанхайского аэропорта Пудун до Шанхая. Дорога открыта в 2002 году, её длина составляет 30 км. В будущем её планируется продлить на другой конец города до старого аэропорта Хунцяо и далее на юго-запад до города Ханчжоу, после чего её общая длина должна составить 175 км.

Япония. В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси по технологии JR-Maglev. Скорость, достигнутая в процессе испытаний MLX01-901 с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч. Там же, в Японии, к открытию выставки Expo 2005 в марте 2005 введена в коммерческую эксплуатацию новая трасса. 9-километровая линия Линимо (Нагоя) состоит из 9 станций. Минимальный радиус — 75 м, максимальный уклон — 6 %. Линейный двигатель позволяет поезду разгоняться до 100 км/ч за считанные секунды. Линия обслуживает территорию, прилегающую к месту проведения выставки, университету префектуры Айти, а также некоторые районы Нагакутэ. Поезда изготовлены компанией Chubu HSST Development Corp.

Имеются сведения, что вышеназванные  японские компании ведут строительство  подобной линии в Южной Корее.

Япония планирует в 2025 финансовом году запустить сверхскоростной  поезд на магнитной подушке. Постройка  линии и составов обойдется примерно в 45 миллиардов долларов США, сообщает AFP. Поезд будет использовать технологию магнитной левитации (иногда называемую маглев). Магнитное поле позволяет составу, невзирая на притяжение Земли, парить над линией и за счет этого двигаться гораздо быстрее обычного поезда.

Японская линия длиной 290 километров соединит Токио и пока еще не определенный район в центральной Японии. Ожидается, что поезда с линейным электродвигателем  будут развивать скорость около 500 километров в час. Постройкой линии займется железнодорожная компания Central Japan Railway Co. (JR Central), которая в 2003 году уже провела испытания технологии магнитной левитации. Опытный состав установил тогда мировой рекорд скорости для поезда: 581 километр в час. Напомним, что рекорд скорости для обычного рельсового поезда принадлежит Франции - 574,8 километра в час. Компания потратит на проект около 45 миллиардов долларов. Первоначально ожидалось, что правительство частично субсидирует постройку линии, однако эти надежды не оправдались, в итоге компания изыщет средства за счет повышения своих долгосрочных долговых обязательств.

Единственная в мире действующая  пассажирская магнитно-левитационная железнодорожная линия расположена в Шанхае и имеет протяженность 30,5 километров. Поезд движется по ней со скоростью 430 километров в час.

 

Технологические особенности.

JR-Maglev использует электродинамическую подвеску на сверхпроводящих магнитах (EDS), установленных как на поезде, так и на трассе. В отличие от немецкой системы Transrapid (действующая линия от Шанхая до Шанхайского аэропорта в Китае), JR-Maglev не использует схему монорельса: поезда движутся в канале между магнитами. Такая схема позволяет развивать бо?льшие скорости, обеспечивает большую безопасность пассажиров в случае эвакуации и простоту в эксплуатации.

Движение маглева осуществляется за счёт линейного двигателя.

В отличие от электромагнитной подвески (EMS), поездам созданным по технологии EDS требуются дополнительные колёса при движении на малых скоростях (до 150 км/ч). При достижении определённой скорости колёса отделяются от земли и поезд «летит» на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности. В случае аварии колёса также позволяют осуществить более мягкую остановку поезда. Однако по стоимости строительства и эксплуатации EDS система реализованная JR-Maglev дороже EMS системы Transrapid.

Для торможения в обычном режиме используются электродинамические  тормоза. Для экстренных случаев  поезд оборудован выдвигающимися аэродинамическими  и дисковыми тормозами на тележках.

На линии в Яманаси проходят испытания несколько составов с разными формами носового обтекателя: от обычного заострённого, до практически плоского, длиной 14 метров, призванного избавиться от громкого хлопка, сопровождающего въезд поезда в тоннель на большой скорости. Поезд маглева может полностью управляться компьютером. Машинист осуществляет контроль за работой компьютера и получает изображение пути через видеокамеру (кабина машиниста не имеет окон переднего обзора).

 

Достоинства и недостатки.

Достоинства:

- Теоретически самая высокая скорость из тех, которые можно получить на серийном (не спортивном) наземном транспорте.

- Низкий шум.

Недостатки:

- Высокая стоимость создания и обслуживания колеи.

- Вес магнитов, потребление электроэнергии.

- Создаваемое магнитной подвеской электромагнитное поле может оказаться вредным для поездных бригад и/или окрестных жителей. Даже тяговые трансформаторы, применяемые на электрифицированных переменным током железных дорогах, вредны для машинистов, но в данном случае напряжённость поля получается на порядок больше. Также, возможно, линии маглева будут недоступны для людей, использующих кардиостимуляторы.

- Потребуется на высокой скорости (сотни км/ч) контролировать зазор между дорогой и поездом (несколько сантиметров). Для этого нужны сверхбыстродействующие системы управления.

- Требуется сложная путевая инфраструктура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

Несмотря на то, что достоинства  и недостатки систем транспорта на магнитном подвесе вызывают оживленные дискуссии, полной и всесторонней технической и экономической оценки данных систем не существует. Однако, можно делать вывод, что транспорт на магнитном подвесе способен развивать очень высокую скорость, обеспечивая при этом высокий уровень безопасности. Позволяет решать проблемы, наиболее остро стоящие перед высокоскоростным железнодорожным транспортом: быстрый износ оборудования, шум и вибрация, передача и потребление энергии. Ещё одно достоинство – уровень шума поездов на магнитной подвеске в 2 – 3 раза меньше, чем у традиционных видов транспорта. Эстакадно-тоннельная дорога даёт возможность прокладывать трассу через центры городских агломераций, а междугородние скоростные линии – через города, совмещая путепроводы нового и традиционного видов транспорта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы.

http://elibrary.kz/download/zhurnal_st/st11399.pdf - Вестник  ПГУ №1 "О проблемах и перспективах развития высокоскоростного наземного пассажирского  транспорта на магнитном подвесе".

http://www.rikshaivan.ru/obschestvennyi-transport/monorel-s/vse-samoe-interesnoe-o-poezdah-na-magnitnom-podvese.html - Статья "Все самое интересное о поездах на магнитном подвесе".

http://tehno-science.ru/texnologii-2-1990.html - Статья "Поезда  на магнитном подвесе".

http://ru.wikipedia.org

http://www.letopis.info/themes/railway/poezda_na_elektromagnitnoj_podushke.html - Статья "Поезда на электромагнитной  подушке".

http://www.electrik.info/main/fakty/63-vse-samoe-interesnoe-o-poezdakh-na.html - “Все самое интересное о поездах на магнитном подвесе”.