Основе магнетних возова (Маглев)

Магнетна левитација (маглев) је релативно нова технологија превоза у којој возила која се не дотичу безбрижно путују брзином од 250 до 300 миља на сат или више, док су магнетно обешени, вођени и покретани изнад водилице поља. Водич је физичка структура дуж које се леже возила маглев. Предложене су различите конфигурације водилица, нпр., У облику слова Т, слова У, у облику слова И и челика, израђене од челика, бетона или алуминијума.

Три су основне функције за маглев технологију: (1) левитација или суспензија; (2) погон; и (3) упутства. У већини садашњих дизајна магнетне силе се користе за обављање све три функције, мада би се могао користити и немагнетни извор погона. Не постоји консензус о оптималном дизајну за обављање сваке од примарних функција.

Електромагнетно вешање (ЕМС) је атрактиван систем за левитацију силе помоћу којег електромагнети на возилу комуницирају и привлаче се феромагнетским шинама на траци. ЕМС је учинио практичним напретком у системима за електроничку контролу који одржавају ваздушни јаз између возила и водилице, чиме су спречили контакт.

Варијације у тежини корисног оптерећења, динамичког оптерећења и неправилности на возилу надокнађују се променом магнетног поља као реакције на мерења ваздушног растојања возила / водилица.

Електродинамичко вешање (ЕДС) користи магнете на возилу које се креће да би индуковало струју у смеру. Резултирајућа одбојна сила производи својствено стабилну подршку возила и навођење, јер се магнетно одбијање повећава како се јаз између возила и водиља смањује. Међутим, возило мора бити опремљено точковима или другим облицима подршке за „полијетање“ и „слијетање“, јер ЕДС неће левитирати на брзинама испод 25 км / х. ЕДС је напредовао напретком у криогеници и технологији суперпреводног магнета.

Чини се да је дуготрајно покретање помоћу електричног линеарног линеарног намотаја мотора у водилици омиљена опција за маглев системе велике брзине. Такође је најскупљи због већих трошкова изградње путева.

Погонски погон кратког статора користи линеарни индукцијски мотор (ЛИМ) намотавања на брод и пасивни водич. Док погон кратког статора смањује трошкове вожња, ЛИМ је тежак и смањује корисни терет возила капацитет, што резултира вишим оперативним трошковима и нижим потенцијалима прихода у поређењу са дуготрајним статором погон. Трећа алтернатива је немагнетни извор енергије (плинска турбина или турбопроп), али то такође резултира тешким возилом и смањеном радном ефикасношћу.

Усмеравање или управљање односи се на бочне силе које су потребне да би возило следило пут. Потребне силе се испоручују на потпуно аналоган начин силе огибљења, било привлачне или одбојне. Исти магнети на возилу, који испоручују лифт, могу се истовремено користити за навођење или се могу користити посебни магнети за навођење.

Маглев системи би могли понудити атрактивну алтернативу за саобраћај за бројна путовања осетљива на време дужине од 100 до 600 миља, чиме би се смањили застоји ваздуха и аутопута, загађење ваздуха, и коришћење енергије и ослобађање слотова за ефикаснију услугу на дугим релацијама на препуним аеродромима. Потенцијална вредност маглев технологије препозната је у Интермодалном закону о ефикасности површинског транспорта из 1991. године (ИСТЕА).

Пре проласка ИСТЕА-е, Конгрес је издвојио 26,2 милиона долара за идентификацију маглев система концепти за употребу у Сједињеним Државама и за процену њихове техничке и економске изводљивости системи. Студије су такође биле усмерене на утврђивање улоге маглева у побољшању међуградског превоза у Сједињеним Државама. Након тога, додатних 9,8 милиона долара је додијељено за завршетак НМИ студија.

Која су својства маглева која препоручују његово разматрање од стране планера транспорта?

Бржа путовања - велика вршна брзина и велика убрзања / кочења омогућавају просечне брзине три до четири пута веће од брзе брзине на националном аутопуту граница од 30 м / с и ниже време путовања од врата до врата од брзине железнице или ваздуха (за путовања испод 300 миља или 500 км). Још веће брзине су изводљиве. Маглев се заузима тамо где креће шина велике брзине, дозвољавајући брзине од 250 до 300 мпх (112 до 134 м / с) и веће.

Маглев има високу поузданост и мање је подложан застојима и временским условима него путовање ваздухом или аутопутем. Одступање од распореда може просечно трајати мање од једног минута на основу страних искустава са брзим железницама. То значи да се интра и интермодално време повезивања може смањити на неколико минута (а не на пола сата или више) тренутно је потребно код авио-компанија и Амтрака) и да се састанци могу сигурно заказати без потребе за разматрањем кашњења.

Маглев даје нафта независност - у погледу ваздуха и аутомобила због тога што Маглев има електрични погон. Нафта је непотребна за производњу електричне енергије. 1990. мање од 5 процената електричне енергије нације произведено је из нафте, док нафта коју користе и ваздушни и аутомобилски модус потиче првенствено из страних извора.

Маглев је мање загађује - што се тиче ваздуха и аутомобила, опет због тога што има електрични погон. Емисије се могу ефикасније контролисати на извору производње електричне енергије него на многим тачкама потрошње, као што су коришћење ваздуха и аутомобила.

Маглев има већи капацитет од ваздушног путовања са најмање 12.000 путника на сат у сваком правцу. Постоји потенцијал за још веће капацитете у ходу од 3 до 4 минуте. Маглев пружа довољан капацитет да се подеси раст саобраћаја и у двадесет првом веку и да се пружи алтернатива ваздуху и аутомобилу у случају кризе са нафтом.

Маглев има високу безбедност - како перципирану тако и стварну, засновану на страном искуству.

Маглев има погодност - због високе фреквенције услуга и могућности служења централним пословним окрузима, аеродромима и другим главним градским чвориштима.

Маглев је побољшао комфор - у односу на ваздух због веће просторности, што омогућава одвојеним трпезаријским и конференцијским зонама слободу кретања. Одсуство ваздушних турбуленција осигурава стално глатку вожњу.

Концепт магнетно оживљених возова први су пут на почетку века идентификовали двојица Американаца, Роберт Годдард и Емиле Бацхелет. До 1930-их, Немац Херманн Кемпер развијао је концепт и демонстрирао употребу магнетних поља за комбиновање предности возови и авиони. 1968. Американци Јамес Р. Повелл и Гордон Т. Данбију је одобрен патент за његов дизајн магнетног влака за левитацију.

На основу Закона о брзи копнени саобраћај из 1965. године, ФРА је финансирала широк спектар истраживања свих облика ХСГТ-а током раних 1970-их. ФРА је 1971. године доделио уговоре Форд Мотор Цомпани и Станфорд Ресеарцх Институте за аналитички и експериментални развој ЕМС и ЕДС система. Истраживање спонзорисано од ФРА довело је до развоја линеарног електромотора, снаге покрета коју користе сви тренутни протоколи маглев. 1975. године, након што је обустављено савезно финансирање истраживања брзих маглева у Сједињеним Државама, индустрија је практично одустала од интереса за маглев; међутим, истраживање маглева ниске брзине настављено је у Сједињеним Државама до 1986. године.

У протекле две деценије, истраживачки и развојни програми у маглев технологији спроводили су неколико земаља, укључујући Велику Британију, Канаду, Немачку и Јапан. Немачка и Јапан су инвестирали преко милијарду долара сваки за развој и демонстрацију маглев технологије за ХСГТ.

Немачки ЕМС маглев дизајн, Трансрапид (ТР07), сертификован је за употребу од стране немачке владе у децембру 1991. године. У Немачкој се разматра маглев линија између Хамбурга и Берлина са приватним финансирањем и потенцијално уз додатну подршку појединих држава на северу Немачке дуж предложених рута. Линија би се повезала с брзиним возом Интерцити Екпресс (ИЦЕ) као и са конвенционалним возовима. ТР07 је опсежно тестиран у Емсланду у Немачкој и једини је брзи маглев систем на свету спреман за услугу прихода. ТР07 је планиран за имплементацију у Орланду на Флориди.

Концепт ЕДС који се развија у Јапану користи систем суперпроводног магнета. Одлука ће бити донета 1997. да ли ће користити маглев за нову Цхуо линију између Токија и Осаке.

Од укидања савезне подршке 1975. године, мало је истраживања у технологији маглев велике брзине у Сједињеним Државама све до 1990. године, када је основана Национална иницијатива Маглев (НМИ). НМИ је заједнички напор ФРА ДОТ-а, УСАЦЕ-а и ДОЕ-а, уз подршку других агенција. Сврха НМИ-а била је процена потенцијала маглева за побољшање међуградског превоза и развој информација неопходно је да администрација и конгрес утврде одговарајућу улогу савезне владе у унапређивању тога технологија.

У ствари, од свог настанка Америчка влада је помагао и промовисао иновативни превоз из економских, политичких и друштвених разлога. Постоје бројни примери. У деветнаестом веку, Савезна влада је подстакла развој железница да успоставе трансконтиненталне везе путем таквих акција као што је масовна грант земљишта за Илиноис Централ-Мобиле Охио Железнице 1850. Почевши од 1920-их, савезна влада је пружала комерцијални подстицај новој технологији ваздухопловства кроз уговори за руте авионске поште и средства која су плаћена за поља хитног слетања, осветљење руте, временско извештавање и комуникације. Касније у 20. веку, савезни фондови коришћени су за изградњу Међудржавног система аутопута и за помоћ државама и општинама у изградњи и раду аеродрома. 1971. Савезна влада формирала је Амтрак да би се обезбедио превоз путника у железници за Сједињене Државе.

Да би утврдио техничку изводљивост размештања маглева у Сједињеним Државама, Канцеларија за НМИ извршила је свеобухватну процену стања маглев технологије.

У протекле две деценије у иностранству су развијени различити системи копненог превоза оперативне брзине веће од 67 мпх / 67 м / с, у поређењу са 56 мпх / 56 м / с за САД. Метролинер. Неколико возова на челику на железници могу да одржавају брзину од 167 до 186 мпх (75 до 83 м / с), од којих су најпознатија јапанска серија 300 Схинкансен, немачки ИЦЕ и француски ТГВ. Немачки воз Трансрапид Маглев показао је брзину од 270 мпх (121 м / с) на тестној стази, а Јапанци су возили маглев тестни аутомобил при 321 мпх (144 м / с). Следе описи француског, немачког и јапанског система који се користе за поређење са СЦД концептима САД-а Маглев (УСМЛ).

ТГВ Француске националне железнице представља тренутну генерацију брзих возова са челичним воланом на железници. ТГВ је у употреби 12 година на релацији Париз-Лион (ПСЕ), а три године на почетном делу пута Париз-Бордо (Атлантика). Влак Атлантикуе састоји се од десет путничких аутомобила са погоном на сваки крај. Моторни аутомобили користе синхроне моторе са ротацијским вучом за погон. Кровно монтиран пантограми прикупљају електричну енергију из надземне возне мреже. Крстарева брзина износи 186 мпх (83 м / с). Влак се не нагиње и зато захтева разумно равно поравнање руте да би се одржала велика брзина. Иако оператор контролира брзину влака, постоје блокаде укључују аутоматску заштиту од прекорачења брзине и присилно кочење. Кочење се врши комбинацијом реостат кочница и дисковних кочница са осовином. Све осовине поседују кочење против блокирања. Снажне осовине имају контролу против проклизавања. ТГВ колосијечна конструкција је конвенционалне жељезничке пруге стандардног колосијека са добро пројектованом базом (збијени гранулирани материјали). Трачница се састоји од континуирано заварене шине на бетонским / челичним везама са еластичним учвршћивачима. Његов брзи прекидач конвенционални је излаз са њихањем. ТГВ ради на већ постојећим стазама, али знатно смањеном брзином. Због велике брзине, велике снаге и против клизања котача, ТГВ може да се попне на оцјене које су око двоструко веће од нормалних у америчкој железничкој пракси и, самим тим, нежно следи ваљани терен Француске без опсежних и скупих вијадуката и тунела.

Немачки ТР07 је брзи Маглев систем најближи комерцијалној спремности. Ако се финансирање може добити, револуционарни догађаји ће се на Флориди 1993. године одвијати на 14 миља (23 км) шатла између Међународног аеродрома Орландо и забавне зоне на Интернатионал Дриве-у. ТР07 систем се такође разматра за везу велике брзине између Хамбурга и Берлина и између центра Питтсбурга и аеродрома. Као што ознака сугерира, ТР07 је претходило најмање шест ранијих модела. Почетком седамдесетих немачке фирме, укључујући Краусс-Маффеи, МББ и Сиеменс, тестирале су у потпуности верзије возила са ваздушним јастуком (ТР03) и возила маглев са одбојним системом који користе суперпровод магнети. Након што је донета одлука да се концентришемо на привлачност маглев 1977. године, напредак је наставио у значајним корацима, при чему се систем развио из линеарне индукције погонски (ЛИМ) мотор са прикупљањем енергије усмереним на линеарни синхрони мотор (ЛСМ), који користи променљиве фреквенције, намотаје са електричним напајањем на водич. ТР05 је функционисао као превозник на Међународном сајму саобраћаја у Хамбургу 1979. године, превозећи 50.000 путника и пружајући драгоцено радно искуство.

ТР07, који делује на 31,5 км магистрале на тестној стази Емсланд на северозападу Немачка је врхунац скоро 25 година немачког развоја Маглева, чија цена кошта више од једног долара милијарде. То је софистицирани ЕМС систем, који користи одвојене конвенционалне гвожђе језгре које привлаче електромагнете за генерисање возила и вођење. Возило се омота око водилице у облику слова Т. ТР07 водилица користи челичне или бетонске греде конструисане и подигнуте до врло уских толеранција. Контролни системи регулишу левитацију и силе навођења како би одржали инчни размак (8 до 10 мм) између магнета и гвоздених "трагова" на шине. Привлачење између магнета за возила и рубова постављених на ивицама пружа смернице. Атракција између другог сета магнета у возилу и пакета покретача испод водилице генерише дизање. Магнети за подизање такође служе као секундарни или ротор ЛСМ-а, чији је основни или статор електрични намот који води дужину трасе. ТР07 користи два или више возила која се не нагињу. ТР07 погон је дуготрајно ЛСМ. Намота статора вођице генеришу путујући талас који делује са магнетима за левитацију возила ради синхроног покретања. Централно контролисане ободне станице пружају ЛСМ-у потребну промјењиву фреквенцију, варијабилно напајање. Примарно кочење је регенеративно кроз ЛСМ, са кочионим струјама и клизама са високим трењем за хитне случајеве. ТР07 је показао сигуран рад при 270 мпх (121 м / с) на стази Емсланд. Дизајниран је за крстареће брзине од 311 мпх (139 м / с).

Јапанци су потрошили више од милијарду долара развијајући и системе за привлачење и одбијање маглева. Систем привлачења ХССТ, развијен од конзорцијума који се често идентификује са Јапан Аирлинесом, заправо је серија возила дизајнирана за 100, 200 и 300 км / х. Шестдесет миља на сат (100 км / х) ХССТ Маглеви су превезли више од два милиона путника на неколико изложаба у Јапан и Канадској транспортној изложби 1989. године у Ванцоуверу. Јапански систем Маглев за одбацивање велике брзине у развоју је Железнички институт за техничка истраживања (РТРИ), истраживачки огранак новоприватизоване Јапанске железничке групе. РТРИ-ово МЛ500 истраживачко возило постигло је светски рекорд на брзи вођени при брзини од 321 мпх (144 м / с) у децембру 1979, рекорд и даље стоји, мада је стигао посебно модификован француски железнички воз ТГВ Близу. Надлежни МЛУ001 са три аутомобила почео је тестирање 1982. године. Након тога, појединачни аутомобил МЛУ002 је уништен од пожара 1991. године. Његова замена, МЛУ002Н, користи се за тестирање левитације бочних зидова која је планирана за евентуално коришћење система прихода. Основна активност тренутно је изградња тестне линије за маглев од 43 милијарде долара, дугачке 27 километара кроз планине префектуре Иаманасхи, где је планирано да започне тестирање прототипа прихода у 1994.

Железничка компанија Централне Јапана планира да започне изградњу друге брзе линије од Токија до Осаке на новој релацији (укључујући тестну секцију Иаманасхи) почев од 1997. године. Ово ће пружити олакшање за врло профитабилни Токаидо Схинкансен, који се ближи засићењу и треба му рехабилитација. Омогућавати непрестано унапређење услуга, као и спречавање напада од стране авио-компанија на њу садашњи 85-постотни тржишни удио сматра се већим брзинама од садашњих 171 мпх (76 м / с) неопходно. Иако је конструкцијска брзина маглев система прве генерације 311 мпх (139 м / с), за будуће системе предвиђају се брзине до 500 мпх (223 м / с). Одбијање маглев изабрано је због привлачности маглев због познатог потенцијала веће брзине и јер већи ваздушни јаз одговара покрету тла искусном у Јапану склоном земљотреса територија. Дизајн јапанског система одбијања није чврст. Процјена трошкова Јапанске централне железничке компаније за 1991. годину, која би била власник пруге, указује да је нова линија велике брзине кроз планински терен северно од планине. Фуји би био веома скуп, око 100 милиона долара по миљи (8 милиона јена по метру) за конвенционалног железнички. Маглев систем би коштао 25 посто више. Значајан део трошкова чине трошкови набавке површинског и подземног РОВ-а. Познавање техничких детаља јапанског брзог Маглева је мало. Оно што се зна је да ће имати суперпреводне магнете у подставним постољима са левитацијом бочне стијенке, линеарним синхроним погоном помоћу завојница и крстарећом брзином од 311 мпх (139 м / с).

Три од четири концепта СЦД користе ЕДС систем у коме се индукују суперпреводни магнети на возилу одбојне силе дизања и навођења кроз кретање дуж система пасивних проводника постављених на водич. Четврти СЦД концепт користи систем ЕМС сличан немачком ТР07. У овом концепту, силе привлачења генеришу дизање и вођење возила дуж шине. Међутим, за разлику од ТР07, који користи конвенционалне магнете, привлачне силе СЦД ЕМС концепта производе се суперпреводним магнетима. Следећи појединачни описи наглашавају значајне карактеристике четири америчка СЦД-а.

Бецхтел концепт је систем ЕДС који користи нову конфигурацију магнетских магнета који укидају проток на возилу. Возило садржи шест сетова од осам суправодљивих магнета са стране и наноси се на бетонску водилицу са снопом кутије. Међусобна интеракција између магнета возила и ламиниране алуминијумске мердевине на свакој бочној стијени водилице ствара подизање. Слицна интеракција са намотним намотајем са нултим флуксом даје смернице. Погонски намотаји ЛСМ, такође причвршћени на бочне зидове водилице, делују са магнетима возила да би створили потисак. Централно контролисане ободне станице дају потребну снагу промјењиве фреквенције, промјењивог напона ЛСМ-у. Возило Бецхтел састоји се од једног аутомобила са унутрашњом нагибном шкољком. Користи аеродинамичке управљачке површине за повећање магнетних сила навођења. У хитним случајевима леви се на јастучиће који носе ваздух. Водилица се састоји од напрегнутог носача бетонске кутије. Због високих магнетних поља, концепт захтева немагнетне, ФРП-ове пластике ојачане влакнима након затезања у горњем делу снопа кутије. Прекидач је савојна греда, изграђена у потпуности од ФРП-а.

Концепт Фостер-Миллер је ЕДС сличан јапанском великом брзи Маглев, али има неке додатне функције за побољшање потенцијалних перформанси. Концепт Фостер-Миллер има нагибни дизајн возила који би му омогућио да се креће кроз кривине брже од јапанског система за исти ниво удобности путника. Као и јапански систем, концепт Фостер-Миллер користи магнет за возила за провођење генеришу дизање интеракцијом са намотајима левитације са нул-флуксом који се налазе на бочним зидовима у облику слова У водич. Интеракција магнета са електричним погонским завојницама монтираним на водилицу омогућава вођење нул-флукса. Његова иновативна схема погона назива се локално комутирани линеарни синхрони мотор (ЛЦЛСМ). Појединачни „Х-мост“ претварачи секвенцијално напајају погонске завојнице директно испод подставних постоља. Претварачи синтетишу магнетни талас који путује дуж водилице једнаком брзином као и возило. Возило Фостер-Миллер састоји се од зглобних путничких модула и дијелова репа и носа који створити више аутомобила "састоји се". Модули имају магнетне подлоге на сваком крају које деле са суседним аутомобили. Сваки подметач садржи четири магнета са стране. Водилица у облику слова У састоји се од две паралелне, натезане бетонске греде спојене попречно префабрикованим бетонским мембранама. Да би се избегли неповољни магнетни ефекти, горњи штапови за затезање су ФРП. Прекидач велике брзине користи преклопљене навојне намотаје за вођење возила кроз вертикални излаз. Дакле, прекидач Фостер-Миллер не захтијева покретне конструкцијске елементе.

Грумман концепт је ЕМС који је сличан немачком ТР07. Међутим, Грумманова возила омотавају се око водилице у облику слова И и користе заједнички сет магнета за возила за левитацију, погон и навођење. Шине за вођице су феромагнетске и имају ЛСМ намотаје за погон. Магнети за возила су суправодљиви намотаји око жељезних језгара у облику поткове. Лица стуба привлаче се жељезним шинама на доњој страни водилице. Неспроводни управљачки калемови на сваком гвожђе-корак ногу модулације левитације и навођења за одржавање зрачног јаза од 1,6 инча (40 мм). Није потребно секундарно огибљење да би се одржао адекватан квалитет вожње. Погон је уобичајеним ЛСМ уграђеним у шине. Возила Груммана могу бити једнострука или вишеколона, која се састоји од могућности нагиба. Иновативна надградња надстрешнице састоји се од витких водоравних одсека у облику слова И (по један за сваки правац) постављених одводницима на сваких 15 стопа до шипке од 90 стопа (4,5 м до 27 м). Структурни носач осовине служи у оба смера. Пребацивање се врши помоћу ТР07-сабирне греде за савијање, скраћене употребом клизног или ротирајућег дела.

Магнеплане концепт је ЕДС за једно возило који користи алуминијумски вод у дебљини од 0,8 инча (20 мм) за левитацију и навођење лима. Возила Магнеплане могу самобанцирати до 45 степени у кривинама. Ранији лабораторијски радови на овом концепту потврдили су шеме левитације, навођења и погона. Суперпреводни магнети за левитацију и покретање групирани су у подставним возилима на предњем и задњем делу возила. Магнети средишње линије делују са конвенционалним ЛСМ намотима за погон и стварају неки електромагнетни „обртни момент закретања“ који се назива ефект кобилице. Магнети на бочним странама подметача реагују против алуминијумских водилица да пруже левитацију. Возило Магнеплане користи аеродинамичке управљачке површине за омогућавање активног пригушивања кретања. Лежишта алуминијума у ​​водилицама кроз врхове формирају врхове две структурне алуминијумске кутије. Ове греде кутије су подржане директно на ступовима. Прекидач велике брзине користи преклопљене завојнице са нулом флукса за вођење возила кроз виљушку у кориту за вођење. Према томе, Магнеплане прекидач не захтева покретне конструкцијске елементе.

• _{Извори: Национална библиотека за превоз http://ntl.bts.gov/}