中低速磁浮列車的發(fā)展與應(yīng)用

朱莉莉

(同濟大學(xué)，中國 上海 201800)

1 磁浮列車概況

2002年12月，世界上第一條高速磁浮商業(yè)運營線在上海建成，其通車意味著磁懸浮技術(shù)正式從工程應(yīng)用階段開始進入商業(yè)運營階段。高速磁浮技術(shù)車輛最高速度可以達到500km/h，造價相對較高，對于短站距，高密度要求的城市軌道交通來說并不適宜。

通過國內(nèi)相關(guān)研究機構(gòu)（如上海磁浮研究中心、上海電氣集團）十余年的研究和努力，作為磁浮技術(shù)的一種，建設(shè)成本低，環(huán)保性能好的中低磁浮列車取得了階段性研究成果。國內(nèi)制造、研究以及運營單位組建了“產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合體，對車體、線路軌道以及相關(guān)零部件展開了全面試驗研究工作,并建設(shè)了多條試驗線路及各種車型[1]。

中低速磁浮列車作為一種現(xiàn)代化軌道交通工具，有其自身獨特性能。首先，它采用的是非接觸式的電磁牽引驅(qū)動系統(tǒng)、電磁導(dǎo)向系統(tǒng)和電磁懸浮系統(tǒng)。其次，其爬坡能力強、速度快、能耗低、運行過程中產(chǎn)生的噪聲小、舒適性及安全性高、無需消耗燃油、對環(huán)境造成污染少，而且因其軌道采用的是高架方式，占用地相對較少。磁懸浮列車運行過程中，沒有與軌道發(fā)生直接接觸，從而地克服了傳統(tǒng)列車車輪與軌道之間的摩擦損耗、避免了輪軌系統(tǒng)高維護成本、車輪磨損和機械噪聲等問題，是理想的地面交通工具。

2 中低速磁浮列車的優(yōu)缺點

介于目前常導(dǎo)電磁懸浮技術(shù)還沒有經(jīng)過試驗線的實際運行測試，尚未達到實際運用水平，我國和很多個國家都在開展對常導(dǎo)電磁懸浮型磁浮列車的技術(shù)線路的研究。以下就基于常導(dǎo)電磁懸浮系統(tǒng)的中低速磁懸浮列車進行介紹。

通常，磁浮列車是由三個系統(tǒng)組成的，即導(dǎo)向系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)。因為懸浮系統(tǒng)原理的不同，磁懸浮技術(shù)又分為常導(dǎo)電磁斥力懸浮型、常導(dǎo)電磁吸引懸浮型和超導(dǎo)斥力懸浮型。

磁浮系統(tǒng)主要具備如下優(yōu)點：

（1）磁懸浮系統(tǒng)中省去了傳動機構(gòu)和車輪支撐，使得軌道和車輪之間沒有直接的接觸，降低了噪聲、摩擦和震動等問題。并且乘坐舒適，運行平穩(wěn)，較為環(huán)保、無污染。隨著系統(tǒng)運營時間的累積，這種優(yōu)勢將更為明顯。

（2）磁浮系統(tǒng)的運營和維護較傳統(tǒng)的輪軌系統(tǒng)具備一定優(yōu)勢，系統(tǒng)不需要對輪軌相關(guān)機構(gòu)進行修理和保養(yǎng)，降低了這方面的人工和設(shè)備成本。

（3）系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎半徑小，爬坡性能強，能夠更好的適應(yīng)環(huán)境和路況的實際情況，降低了線路規(guī)劃的難度，節(jié)約占地面積，提高軌道交通工具的社會效益。

（4）系統(tǒng)高架線路形式的采用，可以大大降低了土建施工過程中的成本。

然而，磁浮系統(tǒng)也具有一定的局限性，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）磁浮系統(tǒng)的導(dǎo)向、懸浮和驅(qū)動功能都是由電磁力完成的，這就需要確保電磁力的線圈和電源系統(tǒng)的可靠性。和其他的系統(tǒng)相比，一方面增加了耗電量，另一方面，增加了設(shè)備制造的難度。

（2）常導(dǎo)磁浮技術(shù)的懸浮高度普遍在8到10毫米之間，這對線路的路基沉降、機械式岔道結(jié)構(gòu)的設(shè)計和軌道路線的平整度提出了較高的要求。

（3）磁浮列車的長度較短，一般在十五米左右，載客量有限，一般每節(jié)車輛定員在一百人左右，無法承擔(dān)大運量和超大運量的運營任務(wù)。

3 中低速磁浮列車的發(fā)展及其應(yīng)用進程

德國是最早對磁浮列車進行研究的國家，德國工程師赫爾曼·肯佩爾在1922年的時候就提出了電磁懸浮的原理，并在1934年時對磁懸浮列車申請了專利[2]。1953年，赫爾曼·肯佩爾完成了《電子懸浮導(dǎo)向的電力驅(qū)動鐵路機車車輛》的科學(xué)報告，到了二十世紀七十年代以后，在世界各工業(yè)化國家經(jīng)濟實力不斷提升的大背景下，為了適應(yīng)國家經(jīng)濟的發(fā)展需求，必須相應(yīng)提高交通運輸能力。因此，英國、法國、加拿大、美國、日本和德國等多個發(fā)達國家陸陸續(xù)續(xù)開展磁懸浮列車工程化應(yīng)用方面的研究，也取得非常大的進展和突破。

當(dāng)前，我國經(jīng)濟高速發(fā)展，城市化進程也在不斷加快。在這種壞境下，北京首先規(guī)劃出一條中低速磁浮示范性運營路線，隨后，部分經(jīng)濟較發(fā)達的城市也紛紛開始致力于規(guī)劃中低速磁懸浮列車的發(fā)展和應(yīng)用，促進了對城市軌道的交通運營模式的進一步優(yōu)化。

常導(dǎo)電磁吸引懸浮列車有兩個應(yīng)用的方向：一個是中低速城市軌道交通運輸系統(tǒng)，其代表是日本伊騰忠商社的HSST系統(tǒng)。HSST采用的是短定子型直線感應(yīng)電機驅(qū)動方式，具備8毫米的懸浮高度和100公里時速。八十年代末，日本在名古屋修建了1.5公里的大江試驗線，對HSST-100列車進行了系統(tǒng)試驗，經(jīng)過全面試驗和鑒定，1991年獲得了日本運輸省的運營許可。2001年4月，日本又開始在名古屋建設(shè)總長和9.2公里的運營線路，并于2005年3月愛知世博會期間正式進行商業(yè)運營。

另一種應(yīng)用方向是城際高速軌道交通運輸系統(tǒng)，它主要采用的是長定子型直線同步電機的驅(qū)動方式，一般為10毫米左右的懸浮高度，約430公里時速，其代表線路為已經(jīng)建成并運營10年的上海龍陽路至浦東國際機場示范運營線[3]。

4 我國磁浮列車發(fā)展及應(yīng)用分析

4.1 現(xiàn)狀

我國自上世紀80年代初開始中低速磁浮交通技術(shù)研究，90年代末，北京控股磁懸浮技術(shù)發(fā)展有限公司、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)等進入工程化研發(fā)階段，先后建設(shè)了長沙204米中試試驗線和唐山1547米工程化試驗線，先后研制了4代中低速磁浮列車，已擁有90余項發(fā)明專利和實用新型專利。7萬余公里的試驗運行證明，我國已掌握了中低速磁浮交通的核心技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)，達到世界先進水平，能夠確保中低速磁浮交通工程的可靠應(yīng)用。

4.2 適應(yīng)范圍

隨著社會經(jīng)濟、技術(shù)的進步以及人們對居住環(huán)境的日益關(guān)注，人們對城市軌道交通系統(tǒng)的要求也越來越高，中低速磁懸浮技術(shù)正是適應(yīng)這種要求而誕生的新一代環(huán)保型軌道交通運輸系統(tǒng)。

中低速磁懸浮系統(tǒng)是輕量化的城市軌道交通運輸系統(tǒng)，最高速度可達150公里每小時，具有安全、舒適、環(huán)保、便捷、易于修建、維護方便等多方面的特點，既適用于中心城市客流不大的快速延伸線，諸如機場、城市郊區(qū)、產(chǎn)業(yè)區(qū)、大型娛樂場所等聯(lián)系的專用快速線路，也適用于建筑物集中、線路規(guī)劃困難的大中城市市中心的交通輔助線路。

4.3 研究方向

對于城市內(nèi)部中低速磁浮運輸線路應(yīng)著重研究提高行車密度，保證系統(tǒng)的可靠性；而對于郊區(qū)中低速磁浮快線，應(yīng)著重研究適當(dāng)加長車輛長度來提高車輛載客量，以及隨之而來的系統(tǒng)控制等更加復(fù)雜的問題。

由于目前中低速磁浮缺乏實際線路的建設(shè)和運營數(shù)據(jù)，對于系統(tǒng)節(jié)約與增加部分支出的比率、車輛的全壽命周期成本，需要進一步收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行驗算。

5 結(jié)語

目前我國經(jīng)濟正處于騰飛階段,全國上下都在為在2020年全面實現(xiàn)小康而積極努力,交通運輸是其中一個重要方面，因此，對其也提出了更新的要求。近年來我國研發(fā)了數(shù)種中低速磁浮列車，都具備自主知識產(chǎn)權(quán)。中低速磁浮列車有著其他交通工具沒有的優(yōu)勢，可以適應(yīng)小半徑、大坡度的線路。較低的生命周期成本、較快的速度、安靜、環(huán)保。所以它是一種理想的未來城市軌道交通系統(tǒng)。

［1］葉云岳，等.直線電機技術(shù)手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［2］吳俊泉.線性電機車輛的技術(shù)特性與應(yīng)用前景[J].城市公共交通，2011（03）.