Maglev modelio veikimo principas. Elektromagnetinės transporto priemonės ir prietaisai. Magnetinės levitacijos transportas. Naujų transporto rūšių kūrimas

Magnetinės levitacijos traukiniai yra draugiški aplinkai, tylūs ir greiti. Jie negali nuskristi nuo bėgių ir, iškilus problemai, gali saugiai sustoti. Tačiau kodėl toks transportas neišplito, o žmonės vis dar naudojasi įprastais elektriniais traukiniais ir traukiniais?

Devintajame dešimtmetyje buvo manoma, kad magnetinės levitacijos (maglev) traukiniai yra ateities transportas, kuris sunaikins vidaus oro keliones. Šie traukiniai gali vežti keleivius 800 km/h greičiu ir praktiškai nedaro žalos aplinkai.

Maglevai gali keliauti bet kokiu oru ir negali palikti savo vienintelio bėgio – kuo toliau traukinys nukrypsta nuo bėgių, tuo labiau magnetinė levitacija jį stumia atgal. Visi maglevai juda tuo pačiu dažniu, todėl su signalais problemų nekils. Įsivaizduokite, kokį poveikį tokie traukiniai turėtų ekonomikai ir transportui, jei atstumas tarp toli didieji miestai buvo įveiktas per pusvalandį.

Bet kodėl ryte vis tiek negalite važiuoti į darbą viršgarsiniu greičiu? Maglevų koncepcija egzistuoja daugiau nei šimtmetį, o daugelis patentų, naudojančių šią technologiją, datuojamos XX a. pradžioje. Tačiau iki šių dienų išliko tik trys veikiančios magnetinės levitacijos traukinių sistemos, visos jos tik Azijoje.

Japonijos Maglevas. Nuotrauka: Yuriko Nakao/Reuters

Prieš tai JK pasirodė pirmasis veikiantis „Maglev“: 1984–1995 m. iš Birmingamo oro uosto kursavo „AirLink“ maršrutinis autobusas. Maglev buvo populiarus ir pigus transportas, tačiau jo priežiūra buvo labai brangi, nes kai kurios dalys buvo brangios vienos gamybos ir juos buvo sunku rasti.

Devintojo dešimtmečio pabaigoje Vokietija taip pat atsigręžė į šią idėją – jos M-Bahn traukinys be vairuotojo kursavo tarp trijų stočių Vakarų Berlyne. Tačiau jie nusprendė traukinių levitavimo technologiją atidėti vėlesniam laikui, todėl linija buvo uždaryta. Jo gamintojas „TransRapid“ išbandė maglevus, kol 2006 m. La Tène treniruočių aikštelėje įvyko nelaimė, nusinešusi 23 žmonių gyvybes.

Šis incidentas galėjo padaryti galą Vokietijos maglevams, jei „TransRapid“ anksčiau nebūtų pasirašiusi sutarties dėl maglevo Šanchajaus oro uosto statybai 2001 m. Dabar šis maglev yra greičiausias elektrinis traukinys pasaulyje, važiuojantis 431 km/h greičiu. Jos pagalba atstumą nuo oro uosto iki Šanchajaus verslo rajono galima įveikti vos per aštuonias minutes. Įprastu transportu to reikėtų visa valanda. Kinija turi dar vieną vidutinio greičio maglevą (jo greitis apie 159 km/h), kuris veikia Hunano provincijos sostinėje Čangšoje. Kinai taip mėgsta šią technologiją, kad iki 2020 metų planuoja paleisti dar keletą maglevų 12 miestų.

Vokietijos kanclerė Angela Merkel pirmoji į Šanchajaus oro uostą nuvažiavo „TransRapid maglev“. Nuotrauka: Rolf Vennenbernd / EPA

Azijoje šiuo metu vyksta darbai su kitais magnetinės levitacijos traukinių projektais. Vienas žinomiausių – nuo ​​2012 metų iš Pietų Korėjos Inčono oro uosto kursuojantis savaeigis maršrutinis autobusas „EcoBee“. Trumpiausioje jos linijoje yra septynios stotys, tarp kurių maglevas veržiasi 109 km/h greičiu. Ir kelionės juo yra visiškai nemokamos.

Pirmasis magnetinės levitacijos traukinys vežė grupę keleivių 1979 m. IVA tarptautinėje transporto parodoje Vokietijoje. Tačiau mažai kas žino, kad tais pačiais metais bandymų trasa pirmuosius metrus nuvažiavo kitas maglevas – sovietinis modelis TP-01. Ypač stebina tai, kad sovietinės maglevos išliko iki šių dienų – jos istorijos pakraščiuose dulkes rinko daugiau nei 30 metų.

Eksperimentai su transportu, veikiančiu magnetinės levitacijos principu, pradėti dar prieš karą. IN skirtingi metai ir į skirtingos salys Ak, pasirodė veikiantys levituojančių traukinių prototipai. 1979 metais vokiečiai pristatė sistemą, kuri per tris veiklos mėnesius pervežė daugiau nei 50 000 keleivių, o 1984 metais Birmingamo tarptautiniame oro uoste (JK) pasirodė pirmoji istorijoje. nuolatinė linija magnetinės levitacijos traukiniams. Pradinis trasos ilgis buvo 600 m, levitacijos aukštis neviršijo 15 mm. Sistema gana sėkmingai veikė 11 metų, tačiau vėliau dėl senstančios įrangos dažnėjo techniniai gedimai. O kadangi sistema buvo unikali, beveik bet kokias atsargines dalis teko gaminti pagal užsakymą ir buvo nuspręsta uždaryti liniją, kuri neša nuolatinius nuostolius.

1986 m., TP-05 poligone Ramenskoje. 800 metrų atkarpa neleido įsibėgėti iki kreiserinio greičio, tačiau pradinėse „lenktynėse“ to nereikėjo. Per itin trumpą laiką pagamintas automobilis susitvarkė beveik be jokių „vaikystės ligų“, ir tai buvo geras rezultatas.

Be britų, Vokietijoje gana sėkmingai paleisti serijiniai magnetiniai traukiniai – bendrovė „Transrapid“ 31,5 km ilgio panašią sistemą eksploatavo Emslando regione tarp Derpeno ir Lateno miestų. Tačiau Emslando Maglevo istorija baigėsi tragiškai: 2006 m. dėl technikų kaltės įvyko rimta avarija, per kurią žuvo 23 žmonės, o linija buvo apgadinta.

Šiandien Japonijoje naudojamos dvi magnetinės levitacijos sistemos. Pirmajame (miesto transportui) naudojama elektromagnetinė pakabos sistema iki 100 km/val. Antrasis, geriau žinomas, SCMaglev, skirtas didesniam nei 400 km/h greičiui ir yra paremtas superlaidžiais magnetais. Šios programos metu buvo nutiestos kelios linijos ir pasiektas pasaulio geležinkelio transporto priemonės greičio rekordas – 581 km/val. Vos prieš dvejus metus buvo pristatyti naujos kartos japoniški maglev traukiniai – L0 serijos Shinkansen. Be to, panaši į vokišką „Transrapid“ sistema veikia Kinijoje, Šanchajuje; jame taip pat naudojami superlaidūs magnetai.

Salone TP-05 buvo dvi sėdynių eilės ir centrinis praėjimas. Automobilis platus ir tuo pačiu stebėtinai žemas – 184 cm ūgio redaktorius praktiškai galva palietė lubas. Stovėti vairuotojo kabinoje buvo neįmanoma.

O 1975 metais prasidėjo pirmojo sovietinio maglevo kūrimas. Šiandien tai jau praktiškai užmiršta, tačiau tai labai svarbus puslapis mūsų šalies technikos istorijoje.

Ateities traukinys

Jis stovi prieš mus – didelis, futuristinio dizaino, labiau panašus į erdvėlaivis iš mokslinės fantastikos filmo, o ne iš transporto priemonės. Supaprastintas aliuminio korpusas stumdomos durys, šone stilizuotas užrašas „TP-05“. Prie Ramenskoje esančiame bandymų poligone jau 25 metus stovi eksperimentinis maglev automobilis, celofanas padengtas storu dulkių sluoksniu, po juo – nuostabi mašina, kuri pagal gerą rusišką tradiciją per stebuklą nebuvo įpjauta į metalą. Bet ne, jis buvo išsaugotas, o jo pirmtakas TP-04, skirtas atskiriems komponentams išbandyti, buvo išsaugotas.

Eksperimentinis automobilis dirbtuvėse jau naujos spalvos. Jis buvo kelis kartus perdažytas, o fantastiško trumpo filmo filmavimui ant šono buvo padarytas didelis užrašas Fire-ball.

Maglev plėtra siekia 1975 m., Kai atsirado SSRS naftos ir dujų statybos ministerija Gamybos asociacija„Sojuztransprogress“. Po kelerių metų tai prasidėjo Vyriausybės programa„Greito greičio aplinkai nekenksmingas transportas“, kurio rėmuose prasidėjo magnetinės levitacijos traukinio darbas. Finansavimas buvo labai geras, projektui buvo pastatytas specialus VNIIPItransprogreso instituto dirbtuvės ir mokymo aikštelė su 120 metrų kelio atkarpa Ramenskoje prie Maskvos. O 1979 m. pirmasis magnetinės levitacijos automobilis TP-01 sėkmingai įveikė bandomąjį atstumą savo galia - tačiau vis tiek laikinoje 36 metrų Gazstroymashina gamyklos atkarpoje, kurios elementai vėliau buvo „perkelti“ į Ramenskoje. Atkreipkite dėmesį – tuo pačiu metu kaip ir vokiečiai ir prieš daugelį kitų kūrėjų! Iš esmės SSRS turėjo galimybę tapti viena pirmųjų šalių, išvysčiusių magnetinį transportą – darbus atliko tikri savo amato entuziastai, vadovaujami akademiko Jurijaus Sokolovo.

Magnetiniai moduliai (pilki) ant bėgio (oranžinė). Stačiakampės juostos nuotraukos centre yra tarpų jutikliai, kurie stebi paviršiaus nelygumus. Iš TP-05 buvo pašalinta elektronika, tačiau magnetinė įranga liko, ir iš esmės automobilį galima vėl užvesti.

Populiariosios mechanikos ekspedicijai vadovavo ne kas kitas, o OJSC Inžinerijos ir mokslo centro TEMP generalinis direktorius Andrejus Aleksandrovičius Galenko. „TEMP“ yra ta pati organizacija, buvęs VNIIPItransprogress, užmarštyje nugrimzdęs „Sojuztransprogress“ padalinys, o Andrejus Aleksandrovičius prie sistemos dirbo nuo pat pradžių, ir vargu ar kas galėtų apie tai kalbėti geriau už jį. TP-05 stovi po celofanu, ir pirmas dalykas, kurį fotografas sako: ne, ne, mes negalime to fotografuoti, nieko nesimato iš karto. Bet tada mes nusiimame celofaną – ir pirmą kartą po daugelio metų prieš mus iškyla sovietinis maglevas, o ne inžinieriai ar bandymų poligono darbuotojai visoje savo šlovėje.

Kam tau reikia Maglevo?

Magnetinės levitacijos principu veikiančių transporto sistemų kūrimą galima suskirstyti į tris kryptis. Pirmoji – automobiliai, kurių projektinis greitis siekia iki 100 km/h; šiuo atveju optimaliausia schema yra su levitaciniais elektromagnetais. Antrasis – priemiestinis transportas, kurio greitis siekia 100-400 km/h; čia labiausiai patartina naudoti pilnavertę elektromagnetinę pakabą su šoninėmis stabilizavimo sistemomis. Ir galiausiai, „madingiausia“ tendencija, galima sakyti, yra tolimųjų reisų traukiniai, galintys įsibėgėti iki 500 km/h ir daugiau. Šiuo atveju pakaba turėtų būti elektrodinaminė, naudojant superlaidžius magnetus.

TP-01 priklausė pirmajai krypčiai ir buvo bandomas bandymų aikštelėje iki 1980 m. vidurio. Jo svoris buvo 12 tonų, ilgis - 9 m, tilpo 20 žmonių; Pakabos tarpas buvo minimalus – tik 10 mm. Po TP-01 sekė naujos testavimo mašinų gradacijos - TP-02 ir TP-03, trasa pailginta iki 850 m, tada atsirado laboratorinis automobilis TP-04, skirtas tirti tiesinės traukos elektrinės pavaros veikimą. Sovietinių maglevų ateitis atrodė be debesų, juolab kad pasaulyje, be Ramensky, buvo tik dvi tokios treniruočių aikštelės - Vokietijoje ir Japonijoje.

Anksčiau TP-05 buvo simetriškas ir galėjo judėti tiek pirmyn, tiek atgal; valdymo pultai ir priekiniai stiklai buvo abiejose jo pusėse. Šiandien valdymo pultas išsaugotas tik dirbtuvių pusėje – antrasis buvo išmontuotas kaip nereikalingas.

Levituojančio traukinio veikimo principas yra gana paprastas. Traukinys neliečia bėgių, kai svyruoja – veikia abipusė trauka arba magnetų atstūmimas. Paprasčiau tariant, automobiliai kabo virš trasos plokštumos dėl vertikaliai nukreiptų magnetinės levitacijos jėgų, o nuo šoninių riedėjimų juos saugo panašios horizontaliai nukreiptos jėgos. Nesant trinties ant bėgio, vienintelė judėjimo „kliūtis“ yra aerodinaminis pasipriešinimas - teoriškai net vaikas gali perkelti kelių tonų vežimą. Traukinys pradedamas judėti linijiniu būdu asinchroninis variklis, panašiai kaip veikia, pavyzdžiui, ant Maskvos vienbėgio geležinkelio (beje, šį variklį sukūrė UAB „TEMP“ mokslo centras). Toks variklis turi dvi dalis: pirminis (induktorius) sumontuotas po automobiliu, antrinis (reaktyvioji padanga) sumontuotas ant vikšrų. Induktoriaus sukurtas elektromagnetinis laukas sąveikauja su padanga, judindamas traukinį į priekį.

„Maglev“ pranašumai visų pirma apima kitokio nei aerodinaminio pasipriešinimo nebuvimą. Be to, įrangos susidėvėjimas yra minimalus dėl mažo judančių sistemos elementų skaičiaus, palyginti su klasikiniais traukiniais. Trūkumai yra maršrutų sudėtingumas ir didelė kaina. Pavyzdžiui, viena iš problemų yra saugumas: maglevą reikia „pakelti“ ant viaduko, o jei yra viadukas, tuomet reikia apsvarstyti galimybę evakuoti keleivius nelaimės atveju. Tačiau automobilis TP-05 buvo suplanuotas eksploatuoti iki 100 km/h greičiu ir turėjo palyginti nebrangią ir technologiškai pažangią trasos struktūrą.

1980-ieji VNIIPI-transprogress inžinierius dirba kompiuteriu. Tuo metu dirbtuvių įranga buvo pati moderniausia - „Greito greičio aplinkai nekenksmingo transporto“ programos finansavimas buvo vykdomas be rimtų nesėkmių net perestroikos laikais.

Viskas nuo nulio

Kurdami TP seriją, inžinieriai iš esmės padarė viską nuo nulio. Pasirinkome automobilio ir trasos magnetų sąveikos parametrus, tada ėmėmės elektromagnetinės pakabos – dirbome optimizuodami magnetinius srautus, judesio dinamiką ir kt. Pagrindiniu kūrėjų pasiekimu galima vadinti vadinamąjį magnetinį. jų sukurtas slides, galinčias kompensuoti trasos nelygumus ir užtikrinti patogią automobilio dinamiką su keleiviais. Prisitaikymas prie nelygybių buvo įgyvendintas naudojant nedidelius elektromagnetus, sujungtus vyriais į kažką panašaus į grandines. Grandinė buvo sudėtinga, bet daug patikimesnė ir efektyvesnė nei naudojant standžiai pritvirtintus magnetus. Sistema buvo stebima tarpo jutiklių dėka, kurie stebėjo bėgių nelygumus ir davė komandas galios keitikliui, kas sumažino arba padidino srovę konkrečiame elektromagnete, taigi ir kėlimo jėgą.

TP-01, pirmasis sovietinis maglevas, 1979 m. Čia automobilis dar stovi ne Ramenskoje, o trumpoje, 36 metrų trasos atkarpoje, pastatytoje Gazstroymashina gamyklos treniruočių aikštelėje. Tais pačiais metais vokiečiai pademonstravo pirmąjį tokį vežimą – sovietų inžinieriai žengė koja kojon su laiku.

Būtent ši schema buvo išbandyta ant TP-05, vienintelio pagal programą sukurto „antros krypties“ automobilio su elektromagnetine pakaba. Darbas su automobiliu buvo atliktas labai greitai - pavyzdžiui, jo aliuminio kėbulas buvo baigtas pažodžiui per tris mėnesius. Pirmieji TP-05 bandymai įvyko 1986 m. Jis svėrė 18 tonų, tilpo 18 žmonių, likusią automobilio dalį užėmė testavimo įranga. Buvo manoma, kad Armėnijoje (nuo Jerevano iki Aboviano, 16 km) bus nutiestas pirmasis kelias, kuriame praktiškai bus naudojami tokie automobiliai. Greitis turėjo būti padidintas iki 180 km/h, talpa iki 64 žmonių viename vagone. Tačiau antroji devintojo dešimtmečio pusė pakoregavo rožinę sovietų maglevo ateitį. Tuo metu Didžiojoje Britanijoje jau buvo paleista pirmoji nuolatinės magnetinės levitacijos sistema; būtume galėję pasivyti britus, jei ne politinės peripetijos. Kita projekto apribojimo priežastis – žemės drebėjimas Armėnijoje, dėl kurio smarkiai sumažėjo finansavimas.

Projektas B250 - greitaeigis maglev "Maskva - Šeremetjevas". Jakovlevo projektavimo biure buvo sukurta aerodinamika, pagaminti pilno dydžio segmento maketai su sėdynėmis ir kabina. Projektinis greitis – 250 km/h – atsispindėjo projekto indekse. Deja, 1993 metais ambicinga idėja žlugo dėl finansavimo stokos.

Aeroexpress protėvis

Visas darbas su TP serija buvo nutrauktas devintojo dešimtmečio pabaigoje, o nuo 1990 m. TP-05, kuris iki tol spėjo vaidinti mokslinės fantastikos trumpametražio filme „Robots are No Mess“, buvo nuolat saugomas po celofanu. tose pačiose dirbtuvėse, kur buvo pastatyta. Tapome pirmaisiais žurnalistais per ketvirtį amžiaus, pamatę šį automobilį „gyvai“. Viduje išliko beveik viskas – nuo ​​valdymo pulto iki sėdynių apmušalų. TP-05 restauravimas nėra toks sunkus, kaip galėtų būti - jis stovėjo po stogu, viduje geros sąlygos ir nusipelno vietos transporto muziejuje.

Dešimtojo dešimtmečio pradžioje TEMP tyrimų centras tęsė maglevo temą, kurią dabar užsakė Maskvos vyriausybė. Tai buvo „Aeroexpress“ – greitaeigio magnetinės levitacijos traukinio, skirto sostinės gyventojams pristatyti tiesiai į Šeremetjevo oro uostą, idėja. Projektas buvo pavadintas B250. Eksperimentinis traukinio segmentas buvo parodytas parodoje Milane, po kurios projekte pasirodė užsienio investuotojai ir inžinieriai; Sovietų specialistai išvyko į Vokietiją tyrinėti užsienio įvykių. Tačiau 1993 m. dėl finansų krizės projektas buvo apribotas. 64 keleivių vežimai Šeremetjevui liko tik popieriuje. Tačiau kai kurie sistemos elementai buvo sukurti pilno masto pavyzdžiais - pakabos agregatai ir važiuoklės, borto maitinimo sistemos įrenginiai ir netgi pradėti atskirų agregatų bandymai.

Įdomiausia, kad Rusijoje vyksta maglevų plėtra. Dirba ir diegia UAB Mokslo centras „TEMP“. įvairių projektų civilinei ir gynybos pramonei yra bandymų aikštelė, yra patirties dirbant su panašiomis sistemomis. Prieš kelerius metus UAB „Rusijos geležinkeliai“ iniciatyva pokalbiai apie maglev vėl persikėlė į dizaino kūrimo etapą – tačiau darbų tęsimas jau patikėtas kitoms organizacijoms. Prie ko tai prives, parodys laikas.

Redaktoriai dėkoja už pagalbą rengiant medžiagą. generaliniam direktoriui ITC "Electromagnetic Passenger Transport" A.A. Galenko.

Magnetinės levitacijos traukiniai, maglevai – greičiausia sausumos transporto rūšis viešasis transportas. Ir nors kol kas pradėti eksploatuoti tik trys maži bėgiai, magnetinių traukinių prototipų tyrimai ir bandymai vyksta skirtingose ​​šalyse. Kaip išsivystė magnetinės levitacijos technologija ir kas jos laukia artimiausiu metu, sužinosite iš šio straipsnio.

Formavimosi istorija

Pirmieji Maglevo istorijos puslapiai buvo užpildyti patentų, gautų XX amžiaus pradžioje įvairiose šalyse, serija. Dar 1902 metais jam buvo suteiktas traukinio su tiesiniu varikliu konstrukcijos patentas. vokiečių išradėjas Alfreda Seiden. O po ketverių metų Franklinas Scottas Smithas sukūrė dar vieną ankstyvą elektromagnetinės pakabos traukinio prototipą. Šiek tiek vėliau, 1937–1941 m., Vokiečių inžinierius Hermannas Kemperis gavo dar keletą patentų, susijusių su traukiniais su linijiniais elektros varikliais. Beje, 2004 metais pastatytame Maskvos vienbėgio transporto sistemos riedmenyje judėjimui naudojami asinchroniniai tiesiniai varikliai – tai pirmasis pasaulyje vienbėgis bėgis su tiesiniu varikliu.

Maskvos vienbėgio sistemos traukinys prie Teletsentr stoties

1940-ųjų pabaigoje mokslininkai perėjo nuo žodžių prie veiksmų. Britų inžinierius Ericas Lazethwaite'as, kurį daugelis vadina „maglevų tėvu“, sugebėjo sukurti pirmąjį veikiantį pilno dydžio linijinio indukcinio variklio prototipą. Vėliau, septintajame dešimtmetyje, jis prisijungė prie „Tracked Hovercraft“ kulkinio traukinio kūrimo. Deja, dėl lėšų trūkumo projektas buvo uždarytas 1973 m.

1979 metais pasirodė pirmasis pasaulyje magnetinės levitacijos traukinio prototipas, licencijuotas keleivių vežimo paslaugoms teikti Transrapid 05. Hamburge buvo nutiestas 908 m ilgio bandomasis takas, pristatytas parodos IVA 79 metu. tokia puiki, kad „Transrapid 05“ po parodos pabaigos dar tris mėnesius sugebėjo sėkmingai veikti ir iš viso pervežti apie 50 tūkst. Didžiausias šio traukinio greitis buvo 75 km/val.

O pirmasis komercinis magnetinis lėktuvas pasirodė 1984 metais Birmingame, Anglijoje. Maglev geležinkelio linija sujungė Birmingamo tarptautinio oro uosto terminalą ir netoliese esantį traukinių stotis. Ji sėkmingai dirbo 1984–1995 m. Linijos ilgis siekė tik 600 m, o aukštis, iki kurio virš kelio dangos pakilo traukinys su linijiniu asinchroniniu varikliu – 15 milimetrų. 2003 metais vietoje jos buvo pastatyta Cable Liner technologija paremta keleivių pervežimo sistema AirRail Link.

Devintajame dešimtmetyje projektų kūrimas ir įgyvendinimas kurti greitųjų traukinių Magnetinės levitacijos technologija pradėta naudoti ne tik Anglijoje ir Vokietijoje, bet ir Japonijoje, Korėjoje, Kinijoje, JAV.

Kaip tai veikia

Apie pagrindines magnetų savybes žinome nuo 6 klasės fizikos pamokų. Jei nuolatinio magneto šiaurinį polių priartinsite prie kito magneto šiaurinio poliaus, jie atstums vienas kitą. Jei vienas iš magnetų yra apverstas, jungiantis skirtingus polius, jis traukia. Šis paprastas principas yra maglev traukiniuose, kurie trumpą atstumą slysta oru per bėgius.

Magnetinės pakabos technologija paremta trimis pagrindiniais posistemiais: levitacija, stabilizavimu ir pagreičiu. Tuo pačiu metu įjungta Šis momentas Yra dvi pagrindinės magnetinės pakabos technologijos ir viena eksperimentinė, įrodyta tik popieriuje.

Traukiniuose, pastatytuose naudojant elektromagnetinės pakabos (EMS) technologiją, levitacijai naudojamas elektromagnetinis laukas, kurio stiprumas laikui bėgant kinta. Be to, šios sistemos praktinis įgyvendinimas labai panašus į įprastinio geležinkelių transporto veiklą. Čia naudojama T formos bėgio lova, pagaminta iš laidininko (dažniausiai metalo), tačiau traukinyje vietoj ratų porų naudojama elektromagnetų – atramų ir kreiptuvų – sistema. Atraminiai ir kreipiamieji magnetai yra lygiagrečiai su feromagnetiniais statoriais, esančiais T formos kelio kraštuose. Pagrindinis EMS technologijos trūkumas yra atstumas tarp atraminio magneto ir statoriaus, kuris yra 15 milimetrų ir turi būti valdomas bei reguliuojamas specialiu automatizuotos sistemos priklausomai nuo daugelio veiksnių, įskaitant kintamą elektromagnetinės sąveikos pobūdį. Beje, levitacijos sistema veikia dėl traukinyje sumontuotų baterijų, kurios įkraunamos linijiniais generatoriais, įmontuotais į atraminius magnetus. Taigi, sustojus traukinys galės ilgai levituoti ant baterijų. „Transrapid“ traukiniai ir ypač „Shanghai Maglev“ yra pastatyti EMS technologijos pagrindu.

Traukiniai, pagrįsti EMS technologija, varomi ir stabdomi naudojant mažo pagreičio sinchroninį linijinį variklį, pavaizduotą atraminiais magnetais ir bėgiu, virš kurio sklinda magnetinė plokštuma. Apskritai, drobėje įmontuota variklio sistema yra įprastas statorius (stacionari linijinio elektros variklio dalis), išdėstytas palei drobės apačią, o atraminiai elektromagnetai savo ruožtu veikia kaip elektros variklio armatūra. Taigi, užuot gaminusi sukimo momentą, kintamoji srovė ritėse sukuria sužadintų bangų magnetinį lauką, kuris judina traukinį be kontakto. Jėgos ir dažnio pasikeitimas kintamoji srovė leidžia reguliuoti traukinio trauką ir greitį. Norint sulėtinti greitį, tereikia pakeisti magnetinio lauko kryptį.

Naudojant elektrodinaminės pakabos (EDS) technologiją, levitacija vykdoma sąveikaujant magnetiniam laukui drobėje ir laukui, kurį sukuria superlaidūs magnetai traukinyje. Japoniški JR-Maglev traukiniai yra pagaminti EDS technologijos pagrindu. Skirtingai nuo EMS technologijos, kurioje naudojami įprasti elektromagnetai ir ritės, kurios elektrą praleidžia tik tada, kai įjungtas maitinimas, superlaidūs elektromagnetai gali praleisti elektrą net ir pašalinus maitinimo šaltinį, pavyzdžiui, nutrūkus elektrai. Aušindami gyvatukus EDS sistemoje galite sutaupyti daug energijos. Tačiau kriogeninė aušinimo sistema anksčiau išlaikydavo daugiau žemos temperatūros ritiniuose, gali būti gana brangūs.

Pagrindinis EDS sistemos privalumas yra didelis jos stabilumas – šiek tiek sumažinus atstumą tarp lakšto ir magnetų, atsiranda atstūmimo jėga, kuri grąžina magnetus į pradinę padėtį, o didinant atstumą sumažėja atstūmimo jėga ir didėja. traukos jėga, kuri vėlgi lemia sistemos stabilizavimą. Šiuo atveju nereikia jokios elektronikos, kuri valdytų ir reguliuotų atstumą tarp traukinio ir bėgių kelio.

Tiesa, čia yra ir tam tikrų trūkumų – jėga, pakankama levituoti traukiniui, atsiranda tik važiuojant dideliu greičiu. Dėl šios priežasties EDS traukinys turi būti aprūpintas ratais, galinčiais važiuoti nedideliu greičiu (iki 100 km/h). Atitinkami pakeitimai turi būti padaryti ir per visą bėgių kelio ilgį, nes dėl techninių gedimų traukinys gali sustoti bet kurioje vietoje.

Kitas EDS trūkumas yra tas, kad esant mažam greičiui, juostoje esančių atstumiančių magnetų priekyje ir gale atsiranda trinties jėga, kuri veikia prieš juos. Tai yra viena iš priežasčių, kodėl JR-Maglev atsisakė visiškai atstumiančios sistemos ir pažvelgė į šoninės levitacijos sistemą.

Taip pat verta paminėti, kad stiprus magnetiniai laukai keleivių skyriuje reikia įrengti magnetinę apsaugą. Keleiviams, turintiems elektroninį širdies stimuliatorių arba magnetines laikmenas (HDD ir kreditines korteles), keliauti tokiu vežimu be ekranavimo draudžiama.

Pagreičio posistemis traukiniuose, paremtuose EDS technologija, veikia taip pat, kaip ir EMS technologija paremtuose traukiniuose, tik pasikeitus poliškumui, statoriai akimirksniu sustoja.

Trečioji technologija, arčiausiai įdiegimo, kuri šiuo metu egzistuoja tik popieriuje, yra EDS versija su Inductrack nuolatiniais magnetais, kurių aktyvavimui nereikia energijos. Dar visai neseniai mokslininkai manė, kad nuolatiniai magnetai neturi pakankamai jėgos levituoti traukiniui. Tačiau ši problema buvo išspręsta įdėjus magnetus į vadinamąjį „Halbacho masyvą“. Magnetai išdėstyti taip, kad magnetinis laukas kiltų virš masyvo, o ne po juo, ir gali palaikyti traukinio levitaciją esant labai mažam greičiui – apie 5 km/val. Tiesa, tokių masyvų kaina nuo nuolatiniai magnetai yra labai aukštas, todėl kol kas nėra nė vieno tokio komercinio projekto.

Gineso rekordų knyga

Šiuo metu pirmąją vietą greičiausių magnetinės levitacijos traukinių sąraše užima japonų sprendimas JR-Maglev MLX01, kuris 2003 m. gruodžio 2 d., bandymų trasoje Jamanašyje, sugebėjo pasiekti rekordinį 581 km greitį. /val. Verta paminėti, kad JR-Maglev MLX01 priklauso dar keli rekordai, užfiksuoti 1997–1999 metais – 531, 550, 552 km/val.

Žvelgiant į artimiausius konkurentus, tarp jų verta paminėti Vokietijoje pagamintą Šanchajaus maglev Transrapid SMT, kuris 2003 metais bandymų metu sugebėjo pasiekti 501 km/h greitį, ir jo pirmtaką – Transrapid 07, kuris pralenkė 2003 m. 436 km/h žymą dar 1988 m

Praktinis įgyvendinimas

2005 m. kovo mėn. pradėjusį eksploatuoti Linimo magnetinės levitacijos traukinį sukūrė Chubu HSST ir jis vis dar naudojamas Japonijoje. Jis važiuoja tarp dviejų miestų Aichi prefektūroje. Drobės, virš kurios sklando maglevas, ilgis yra apie 9 km (9 stotys). Kuriame Maksimalus greitis Linimo lygus 100 km/val. Tai nesutrukdė pervežti daugiau nei 10 milijonų keleivių vien per pirmuosius tris paleidimo mėnesius.

Garsesnis yra Šanchajaus Maglev, kurį sukūrė vokiečių kompanija Transrapid ir pradėtas eksploatuoti 2004 metų sausio 1 dieną. Ši maglev geležinkelio linija jungia Šanchajaus Longyang Lu stotį su Pudongo tarptautiniu oro uostu. Bendras atstumas – 30 km, jį traukinys įveikia maždaug per 7,5 min., įsibėgėdamas iki 431 km/h.

Dar viena maglevo geležinkelio linija sėkmingai veikia Tedžono mieste, Pietų Korėja. UTM-02 keleiviams tapo prieinamas 2008 m. balandžio 21 d., o sukurti ir sukurti prireikė 14 metų. Maglev geležinkelio linija jungia Nacionalinį mokslo muziejų ir Parodų parką, kurie yra tik 1 km atstumu.

Tarp artimiausiu metu pradėsiančių eksploatuoti magnetinės levitacijos traukinių verta paminėti Japonijoje esantį „Maglev L0“, kurio bandymai neseniai buvo atnaujinti. Numatoma, kad jis maršrute Tokijas–Nagoja pradės veikti iki 2027 m.

Labai brangus žaislas

Ne taip seniai populiarūs žurnalai, vadinami magnetine levitacija, važinėja revoliuciniu transportu, o apie naujų tokių sistemų projektų pradžią pavydėtinai reguliariai pranešdavo tiek privačios įmonės, tiek viso pasaulio valdžios institucijos. Tačiau dauguma šių grandiozinių projektų pradiniuose etapuose buvo uždaryti, o kai kurios maglev geležinkelio linijos, nors ir trumpam spėjo pasitarnauti gyventojų labui, vėliau buvo išardytos.

Pagrindinė gedimo priežastis – maglev traukiniai itin brangūs. Jiems reikalinga specialiai jiems nuo nulio sukurta infrastruktūra, kuri, kaip taisyklė, yra daugiausia išlaidų projekto biudžete. Pavyzdžiui, Šanchajaus Maglev Kinijai kainavo 1,3 mlrd. USD arba 43,6 mln. USD už 1 km dvipusio bėgio kelio (įskaitant traukinių sukūrimo ir stočių statybos išlaidas). Magnetinės levitacijos traukiniai gali konkuruoti su oro linijomis tik ilgesniuose maršrutuose. Bet vėlgi, pasaulyje yra nedaug vietų, kuriose keleivių srautas yra pakankamai didelis, kad maglev geležinkelio linija būtų verta.

Kas toliau?

Šiuo metu maglev traukinių ateitis atrodo miglota didesniu mastu dėl pernelyg didelių tokių projektų išlaidų ir ilgo atsipirkimo laikotarpio. Tuo pačiu metu daugelis šalių ir toliau investuoja didžiules pinigų sumas į greitųjų geležinkelių (HSR) projektus. Neseniai Japonijoje buvo atnaujintas magnetinės levitacijos traukinio Maglev L0 greitasis bandymas.

Japonijos vyriausybė taip pat tikisi pritraukti JAV susidomėjimą savo magnetinės levitacijos traukiniais. Neseniai Japonijoje oficialiai lankėsi bendrovės „The Northeast Maglev“, kuri planuoja sujungti Vašingtoną ir Niujorką maglev geležinkelio linija, atstovai. Galbūt maglev traukiniai bus labiau paplitę šalyse, kuriose ne toks efektyvus greitųjų geležinkelių tinklas. Pavyzdžiui, JAV ir Didžiojoje Britanijoje, tačiau jų kaina vis tiek išliks didelė.

Yra ir kitas įvykių raidos scenarijus. Kaip žinoma, vienas iš būdų padidinti magnetinės levitacijos traukinių efektyvumą yra superlaidininkų naudojimas, kurie, atvėsę iki absoliutaus nulio temperatūros, visiškai praranda elektrinė varža. Tačiau laikyti didžiulius magnetus itin šaltų skysčių talpose yra labai brangu, nes norint palaikyti reikiamą temperatūrą reikalingi didžiuliai „šaldytuvai“, o tai dar labiau padidina išlaidas.

Tačiau niekas neatmeta galimybės, kad artimiausiu metu fizikos šviesuliai galės sukurti nebrangią medžiagą, kuri net kambario temperatūroje išlaikytų superlaidžias savybes. Pasiekus superlaidumą aukštoje temperatūroje, galingi magnetiniai laukai, galintys išlaikyti pakabintus automobilius ir traukinius, taps tokie prieinami, kad net „skraidantys automobiliai“ bus ekonomiškai naudingi. Tad laukiame žinių iš laboratorijų.

• Magnetinės levitacijos traukiniai gali pasiekti didesnį greitį nei įprasti traukiniai.
• Magnetinės levitacijos traukiniai kelia mažiau triukšmo nei įprasti traukiniai.
• Magnetinės levitacijos traukiniai sumažina keleivių kelionės laiką.
• Magnetinės levitacijos traukiniai naudoja šaltinius elektros energija, mažiau teršia atmosferą.

Magnetinės levitacijos traukinių trūkumai

• Magnetinės levitacijos traukiniai yra brangesni nei įprasti traukiniai.
• Magnetinės levitacijos traukiniams reikalingas specialus personalo mokymas.
• Levitacijai sukurti naudojami superlaidūs magnetinės levitacijos traukiniai galingi elektromagnetai, sumontuotas ant bėgio. Tokiu atveju iškyla užduotis apsaugoti keleivius nuo stiprių magnetinių laukų poveikio.
• Dėl staigaus įtampos kritimo superlaidūs magnetinės levitacijos traukinių vagonai nukris ant bėgių. Įjungta didelis greitis tai gali būti pavojinga (eksploatuojant Inductrack tipo traukinius tokių problemų nekyla, nes traukinio ratai leis vagonams judėti pagal inerciją, kol jie visiškai sustos).
• Stiprus šoninio vėjo gūsis gali sutrikdyti magnetinės levitacijos traukinio darbą, išstumti automobilius ir sukelti jų sąlytį su bėgiais. Sniegas ar ledas ant bėgių taip pat gali sukelti problemų.

Klausimas

Kaip izoliuoti keleivius nuo stiprių magnetinių laukų poveikio superlaidžiame magnetinės levitacijos traukinyje?

Atsakymas

Automobiliai arba pagal bent jau, kupė gali būti pagaminta iš feromagnetinės medžiagos (pvz., plieno), blokuojančių magnetinės indukcijos linijas. Deja, plienas yra daug sunkesnis už aliuminį, dažniausiai naudojamą traukinių statyboje. Aliuminis nėra feromagnetinis ir neapsaugo nuo magnetinių laukų, nebent jis tiekiamas aukštos įtampos srovėmis, kurios gali būti pavojingos keleiviams.

Klausimas

Ar gali magnetinės levitacijos traukinys įkopti į stačią kalvą ar kalną? Ar jis riedės šlaitu ir liks slėnyje, jei stabdymui nereikės trinties?

Atsakymas

Linijiniai indukciniai varikliai, naudojami magnetinės levitacijos traukiniuose, gali pakelti tokius traukinius statesniais šlaitais nei įprasti traukiniai. Be to, linijiniai asinchroniniai varikliai persijungia į atbulinį stabdymą, neleidžiant traukiniui riedėti žemyn, veikiant prieš gravitaciją.

Padidinti- pristatymas:http://zoom.pspu.ru/presentations/145

1. Tikslas

Magnetinės levitacijos traukinys arba maglev(iš anglų kalbos magnetinė levitacija, t. y. „maglev“ - magnetinė plokštuma) yra magnetiškai kabantis traukinys, varomas ir valdomas magnetinių jėgų, skirtas žmonėms vežti (1 pav.). Nurodo keleivių vežimo technologiją. Skirtingai nuo tradicinių traukinių, judant jis neliečia bėgio paviršiaus.

2. Pagrindinės dalys (prietaisas) ir jų paskirtis

Kuriant šį dizainą yra įvairių technologinių sprendimų (žr. 6 pastraipą). Panagrinėkime Transrapid traukinio magnetinės levitacijos veikimo principą naudojant elektromagnetus ( elektromagnetinė pakaba, EMS) (2 pav.).

Elektroniniu būdu valdomi elektromagnetai (1) tvirtinami prie metalinės kiekvieno automobilio „sijono“. Jie sąveikauja su magnetais, esančiais apatinėje specialaus bėgio pusėje (2), todėl traukinys pakyla virš bėgio. Kiti magnetai užtikrina šoninį išlygiavimą. Išilgai bėgių kelio nutiesta apvija (3), kuri sukuria magnetinį lauką, kuris paleidžia traukinį (tiesinis variklis).

3. Veikimo principas

Maglev traukinio veikimo principas grindžiamas šiais fiziniais reiškiniais ir dėsniais:

reiškinys ir teisė elektromagnetinė indukcija M. Faradėjus

Lenzo taisyklė

Bioto-Savarto-Laplaso dėsnis

1831 metais anglų fizikas Michaelas Faradėjus atrado elektromagnetinės indukcijos dėsnis, Kuriuo magnetinio srauto pokytis laidžioje grandinėje sužadina elektros srovę šioje grandinėje, net jei grandinėje nėra maitinimo šaltinio. Faradėjaus paliktą atvirą indukcijos srovės krypties klausimą netrukus išsprendė rusų fizikas Emilijus Christianovičius Lencas.

Panagrinėkime uždarą apskritą srovę nešančią grandinę be prijungtos baterijos ar kito maitinimo šaltinio, į kurią su šiauriniu ašigaliu įkišamas magnetas. Tai padidins magnetinį srautą, einantį per kilpą, ir, pagal Faradėjaus dėsnį, kilpoje atsiras indukuota srovė. Ši srovė, savo ruožtu, pagal Bio-Savart dėsnį, sukurs magnetinį lauką, kurio savybės nesiskiria nuo įprasto magneto lauko, turinčio šiaurinį ir pietinį polius, savybių. Lencui ką tik pavyko išsiaiškinti, kad indukuota srovė bus nukreipta taip, kad srovės generuojamo magnetinio lauko šiaurinis polius bus nukreiptas į varomo magneto šiaurinį polių. Nes tarp judviejų šiaurės ašigaliai magnetus veikia abipusės atstūmimo jėgos, grandinėje sukelta indukcijos srovė tekės būtent ta kryptimi, kuri atsvers magneto įvedimą į grandinę. Ir tai tik ypatingas atvejis, tačiau apibendrintai formuluojant Lenco taisyklė teigia, kad indukuota srovė visada nukreipta taip, kad būtų neutralizuota ją sukėlusi pagrindinė priežastis.

Lenzo taisyklė yra būtent tai, kas šiandien naudojama magnetinės levitacijos traukiniuose. Galingi magnetai sumontuoti po tokio traukinio vagono dugnu, esančiu už kelių centimetrų nuo plieno lakšto (3 pav.). Traukiniui judant magnetinis srautas, einantis bėgių kelio kontūrą, nuolat kinta, jame atsiranda stiprios indukcinės srovės, sukuriančios galingą magnetinį lauką, kuris atstumia traukinio magnetinę pakabą (panašiai kaip tarp kontūro atsiranda atstumiančios jėgos ir magnetas aukščiau aprašytame eksperimente). Ši jėga yra tokia didelė, kad, įgavęs šiek tiek greičio, traukinys tiesiogine prasme pakyla nuo bėgių keliais centimetrais ir iš tikrųjų skrenda oru.

Kompozicija levituoja dėl identiškų magnetų polių atstūmimo ir, atvirkščiai, skirtingų polių pritraukimo. Traukinio „TransRapid“ (1 pav.) kūrėjai panaudojo netikėtą magnetinės pakabos schemą. Jie naudojo ne to paties pavadinimo polių atstūmimą, o priešingų polių pritraukimą. Pakabinti krovinį virš magneto nėra sunku (ši sistema stabili), tačiau po magnetu beveik neįmanoma. Bet jei paimsite valdomą elektromagnetą, situacija pasikeis. Valdymo sistema palaiko pastovų kelių milimetrų tarpą tarp magnetų (3 pav.). Didėjant tarpui, sistema padidina srovės stiprumą atraminiuose magnetuose ir taip „traukia“ automobilį; mažėjant srovė mažėja, o tarpas didėja. Schema turi du rimtus privalumus. Bėgių magnetiniai elementai yra apsaugoti nuo oro įtakos, o jų laukas yra žymiai silpnesnis dėl nedidelio tarpelio tarp bėgių kelio ir traukinio; tam reikia daug mažesnės srovės. Vadinasi, tokios konstrukcijos traukinys pasirodo daug ekonomiškesnis.

Traukinys juda į priekį linijinis variklis. Toks variklis turi į juosteles ištemptą rotorių ir statorių (įprastame elektros variklyje jie susukti į žiedus). Statoriaus apvijos įjungiamos pakaitomis, sukuriant judantį magnetinį lauką. Statorius, sumontuotas ant lokomotyvo, įtraukiamas į šį lauką ir perkelia visą traukinį (4, 5 pav.). . Pagrindinis technologijos elementas yra elektromagnetų polių keitimas pakaitomis tiekiant ir pašalinant srovę 4000 kartų per sekundę dažniu. Norint užtikrinti patikimą veikimą, tarpas tarp statoriaus ir rotoriaus neturi viršyti penkių milimetrų. Tai sunku pasiekti dėl automobilių siūbavimo judėjimo metu, kuris būdingas visų tipų vienbėgiams keliams, išskyrus kelius su šonine pakaba, ypač posūkiuose. Todėl būtina ideali bėgių kelio infrastruktūra.

Sistemos stabilumą užtikrina automatinis srovės reguliavimas įmagnetinimo apvijose: jutikliai nuolat matuoja atstumą nuo traukinio iki bėgių kelio ir atitinkamai keičiasi įtampa ant elektromagnetų (3 pav.). Itin greitos valdymo sistemos kontroliuoja tarpą tarp kelio ir traukinio.

Vienintelė stabdymo jėga yra aerodinaminė pasipriešinimo jėga.

Taigi, maglev traukinio judėjimo schema: po automobiliu sumontuoti atraminiai elektromagnetai, o ant bėgio - linijinio elektros variklio ritės. Kai jie sąveikauja, atsiranda jėga, kuri pakelia automobilį virš kelio ir traukia į priekį. Srovės kryptis apvijose nuolat kinta, traukiniui judant keičiasi magnetiniai laukai.

Atraminiai magnetai maitinami borto baterijomis (4 pav.), kurios įkraunamos kiekvienoje stotyje. Srovė į linijinį elektros variklį, kuris pagreitina traukinį iki lėktuvo greičių, tiekiama tik atkarpoje, kuria važiuoja traukinys (6 pav. a). Pakankamai stiprus kompozicijos magnetinis laukas sukels srovę bėgių apvijose, o jos savo ruožtu sukuria magnetinį lauką.

Ten, kur traukinys padidina greitį arba važiuoja į kalną, energija tiekiama su didesne galia. Jei reikia stabdyti ar važiuoti atvirkštinė kryptis, magnetinio lauko keitimo vektorius.

Peržiūrėkite vaizdo klipus " Elektromagnetinės indukcijos dėsnis», « Elektromagnetinė indukcija» « Faradėjaus eksperimentai».

Ryžiai. 6. b Kadrai iš video fragmentų „Elektromagnetinės indukcijos dėsnis“, „Elektromagnetinė indukcija“, „Faradėjaus eksperimentai“.