【生活物理】中国高速磁悬浮列车的工作原理!

原标题:【生活物理】中国高速磁悬浮列车的工作原理!

【生活物理】中国高速磁悬浮列车的工作原理!

2015-01-26

高速磁浮列车是20世纪的一项技术发明,其原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥,异性相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百公里以上。——这就是所谓的“磁浮列车”。

由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式,故磁浮列车也有两种相应的形式:一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁浮列车,它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上的线圈形成的磁场之间所产生的相斥力,使车体悬浮运行的铁路;另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁浮列车,它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁,在t形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板,控制电磁铁的电流,使电磁铁和导轨间保持10毫米(正负误差2毫米)的间隙,并使导轨钢板的吸引力与车辆的重力平衡,从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。

自20上世纪60年代以来,以德国和日本为代表,对常导和超导两种模式,进行了深入的研究和试验。日本的超导系统,已建成山梨县18.4公里试验线(双线),最高时速曾达552公里/小时。德国的常导系统,先后研制了tr01型至tr08型车辆。1987年,建成埃姆斯兰试验线31.5公里,最高运行速度达450公里/小时,运行里程累计已超过60万公里。

上海磁浮列车示范线采用的是德国技术,列车运行时,与轨道完全不接触。它没有轮子和传动机构,列车的悬浮、导从驱动和制动都是利用电磁力来实现的。悬浮电磁铁将车辆往上吸住线路;导向电磁铁保证列车沿线路两侧的定位。电磁控制系统保证磁浮列车与轨道间约10mm的间隙、列车通过长定子同步直线电机来驱动和制动,直线电机的原理可以从旋转电机引申出来,即将旋转电机定子剖开再展直,安装在线路两侧的下面、直线电机定子线圈中的电流产生一个运动磁场。在这个运动磁场的作用下,磁浮列车往前运运行。

在实际运营中,转弯、路障成了关乎安全的重大问题。整条上海磁浮线路需要转弯的地方有三处,其中设计的最大转弯曲线半径达到8000米,用肉眼看几乎是一条直线,因此在转弯中乘客没有丝毫的不适,最小半径也达到1300米,即使是高速行驶中的转弯,乘客也同样感觉平稳舒适。在磁浮轨道全线两边50米范围内,还装有目前国际上最先进的隔离装置,人为在轨道上制造障碍几无可能。同时,为了防止磁悬浮列车高速运行时对行驶在高架道路上的机动车产生影响,将在高架道路的内侧栏杆处安装防眩板。

由于磁浮列车在行驶中是处于不接触轨道的悬浮状态,列车在起动和停止行驶的一刹那,乘客会感觉到车身有些许提升与下降。不过,乘客大可不必为此担心,因为精心制造的磁浮线路轨道梁确保了列车下落时的安全“软着陆”。轨道梁既是承载列车的承重结构,又是浮起列车运行的导向结构,制造精度极高,梁体的最终测试与调整均是在恒温车间进行的,正因此,它能确保列车在浮、落状态下乘客的安全。

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