Suchow Witalij Władimirowicz, Galin Aleksiej Leonidowicz

Przedstawiamy Państwu projekt, którego tematem przewodnim są "Pojazdy i aparaty elektromagnetyczne". Zajmując się tą pracą zdaliśmy sobie sprawę, że najciekawszym dla nas zagadnieniem jest transport lewitacji magnetycznej.

Niedawno słynny angielski pisarz science fiction Arthur Clarke przedstawił kolejną przepowiednię. „... Możemy być na skraju stworzenia nowego typu statku kosmicznego, który będzie w stanie opuścić Ziemię przy minimalnych kosztach, pokonując barierę grawitacyjną” – powiedział. - Wtedy obecne rakiety będą tym, czym były Balony przed I wojną światową”. Na czym opiera się ten osąd? Odpowiedzi należy szukać we współczesnych koncepcjach transportu lewitacji magnetycznej.

Ściągnij:

Zapowiedź:

I otwarta studencka konferencja naukowo-praktyczna

"Mój działania projektowe na studiach"

Kierunek projektu naukowo-praktycznego:

Inżynieria elektryczna

Temat projektu:

Pojazdy i aparatura elektromagnetyczna. Transport lewitacji magnetycznej

Projekt przygotowany przez:

Suchow Witalij Władimirowicz, uczeń grupy 2 ET

Galin Aleksiej Leonidowicz, uczeń grupy 2 ET

Nazwa instytucji:

GBOU SPO Wyższa Szkoła Elektromechaniczna nr 55

Menadżer projektu:

Utenkova Eaterina Siergiejewna

Moskwa 2012

Wstęp

Magnetoplan lub Maglev

Instalacja Halbacha

Wniosek

Bibliografia

Wstęp

Przedstawiamy Państwu projekt, którego tematem przewodnim są "Pojazdy i aparaty elektromagnetyczne". Zajmując się tą pracą zdaliśmy sobie sprawę, że najciekawszym dla nas zagadnieniem jest transport lewitacji magnetycznej.

Niedawno słynny angielski pisarz science fiction Arthur Clarke przedstawił kolejną przepowiednię. „... Możemy być na skraju stworzenia nowego typu statku kosmicznego, który będzie w stanie opuścić Ziemię przy minimalnych kosztach, pokonując barierę grawitacyjną” – powiedział. „W takim razie dzisiejsze pociski będą tym, czym balony były przed I wojną światową”. Na czym opiera się ten osąd? Odpowiedzi należy szukać we współczesnych koncepcjach transportu lewitacji magnetycznej.

Magnetoplan lub Maglev

Magnetoplan lub Maglev (z angielskiego lewitacji magnetycznej) to pociąg na zawieszeniu magnetycznym, napędzany i sterowany siłami magnetycznymi. Taki pociąg, w przeciwieństwie do pociągów tradycyjnych, podczas ruchu nie dotyka powierzchni szyny. Ponieważ między pociągiem a powierzchnią toczną występuje szczelina, tarcie jest eliminowane, a jedyną siłą hamowania jest siła oporu aerodynamicznego.

Prędkość osiągana przez maglev jest porównywalna z prędkością samolotu i umożliwia konkurowanie z usługami lotniczymi na krótkich (dla lotnictwa) dystansach (do 1000 km). Choć sama idea takiego transportu nie jest nowa, ograniczenia ekonomiczne i techniczne nie pozwoliły mu w pełni rozwinąć się: do użytku publicznego technologia została wdrożona tylko kilka razy. Obecnie Maglev nie może korzystać z istniejącej infrastruktury transportowej, choć zdarzają się projekty z lokalizacją elementów drogi magnetycznej między szynami konwencjonalnej kolei lub pod jezdnią.

Potrzeba pociągów z lewitacją magnetyczną (MAGLEV) była dyskutowana od wielu lat, ale wyniki prób faktycznego ich wykorzystania są zniechęcające. Najważniejszą wadą pociągów MAGLEV jest specyfika działania elektromagnesów, które zapewniają lewitację samochodów nad torami. Elektromagnesy, które nie są schłodzone do stanu nadprzewodnictwa, zużywają gigantyczne ilości energii. W przypadku zastosowania w płótnie nadprzewodników, koszt ich schłodzenia zniweczy wszelkie korzyści ekonomiczne i możliwość realizacji projektu.

Fizyk Richard Post z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii sugeruje alternatywę. Jego istota polega na wykorzystaniu magnesów trwałych, a nie elektromagnesów. Wcześniej używane magnesy trwałe były zbyt słabe, aby podnieść pociąg, a Post stosuje metodę częściowego przyspieszenia opracowaną przez emerytowanego fizyka Klausa Halbacha z Lawrence Berkley National Laboratory. Halbach zaproponował metodę rozmieszczenia magnesów trwałych w taki sposób, aby skoncentrować ich całkowite pola w jednym kierunku. Inductrack - jak nazwał ten system Post - wykorzystuje instalacje Halbacha wbudowane w spód samochodu. Sama sieć jest uporządkowanym układaniem zwojów izolowanego kabla miedzianego.

Instalacja Halbacha

Instalacja Halbach koncentruje pole magnetyczne w jednym punkcie, redukując je w innych. Zamontowany w dnie wagonu, generuje pole magnetyczne, które indukuje w uzwojeniach toru pod jadącym samochodem prądy wystarczające do podniesienia auta o kilka centymetrów i ustabilizowania go [rys. 1]. Gdy pociąg się zatrzyma, efekt lewitacji znika, a wagony opuszczane są na dodatkowe podwozia.

Ryż. 1 instalacja Halbacha

Rysunek przedstawia 20-metrowe stanowisko testowe dla pociągów MAGLEV Inductrack, które zawiera około 1000 prostokątnych uzwojeń indukcyjnych, każde o szerokości 15 cm.Na pierwszym planie znajduje się wózek testowy i obwód elektryczny. Aluminiowe szyny wzdłuż toru podtrzymują wózek aż do uzyskania stabilnej lewitacji. Instalacje Halbach zapewniają: pod dnem - lewitację, po bokach - stabilność.

Gdy pociąg osiąga prędkość 1-2 km/h, magnesy wytwarzają prądy wystarczające do uniesienia pociągu w uzwojeniach indukcyjnych. Siła napędzająca pociąg jest generowana przez elektromagnesy w odstępach wzdłuż toru. Pola elektromagnesów pulsują w taki sposób, że odpychają zamontowane na pociągu instalacje Halbacha i popychają go do przodu. Według Posta, przy prawidłowym rozmieszczeniu instalacji Halbacha, samochody nie stracą równowagi w żadnych okolicznościach, aż do trzęsienia ziemi. Obecnie, w oparciu o sukces prac demonstracyjnych Posta w skali 1/20, NASA podpisała 3-letni kontrakt ze swoim zespołem w Livermore na dalsze badania nad koncepcją bardziej efektywnego wynoszenia satelitów na orbitę. Zakłada się, że system ten będzie używany jako dopalacz wielokrotnego użytku, który rozpędza rakietę do prędkości około 1 Macha, przed włączeniem na niej głównych silników.

Jednak pomimo wszystkich trudności, perspektywy wykorzystania wehikułów z lewitacją magnetyczną pozostają bardzo kuszące. W ten sposób japoński rząd przygotowuje się do wznowienia prac nad całkowicie nowym rodzajem transportu naziemnego - pociągami z lewitacją magnetyczną. Według zapewnień inżynierów, samochody Maglev są w stanie pokonać dystans pomiędzy dwoma największymi zaludnionymi ośrodkami Japonii – Tokio i Osaką – w zaledwie 1 godzinę. Obecne pociągi ekspresowe kolei dużych prędkości potrzebują na to 2,5 razy więcej czasu.

Sekret prędkości „Magleva” polega na tym, że samochody zawieszone w powietrzu siłą odpychania elektromagnetycznego poruszają się nie po torze, ale nad nim. To całkowicie eliminuje straty nieuniknione, gdy koła ocierają się o szyny. Lata testów przeprowadzonych w prefekturze Yamanashi na odcinku testowym o długości 18,4 km potwierdziły niezawodność i bezpieczeństwo tego systemu transportowego. Samochody poruszające się w trybie automatycznym, bez obciążenia pasażerami, rozwijały prędkość 550 km/h. Dotychczas rekord w przewozach koleją dużych prędkości należy do Francuzów, których pociąg TGV w 1990 r. rozpędzał się podczas testów do 515 km/h.

Rozważania operacyjne dla pojazdów z lewitacją magnetyczną

Japończycy martwią się także problemami ekonomicznymi, a przede wszystkim kwestią opłacalności superszybkiej linii Maglev. Obecnie co roku między Tokio a Osaką podróżuje około 24 mln osób, 70% pasażerów korzysta z linii kolei dużych prędkości. Według wyliczeń futurologów rewolucyjny rozwój komputerowej sieci łączności nieuchronnie doprowadzi do zmniejszenia ruchu pasażerskiego między dwoma największymi ośrodkami kraju. Przy obciążeniu pracą linie transportowe zarysowany spadek liczby osób aktywnych zawodowo w kraju może mieć również wpływ

Rosyjski projekt otwarcia pociągów z lewitacją magnetyczną z Moskwy do Sankt Petersburga nie zostanie w najbliższym czasie zrealizowany – powiedział Michaił Akułow, szef Federalnej Agencji Transportu Kolejowego, na konferencji prasowej w Moskwie pod koniec lutego 2011 roku. Z tym projektem mogą być problemy, ponieważ nie ma doświadczenia w eksploatacji pociągów z lewitacją magnetyczną w warunkach zimowych, powiedział Akulov, mówiąc, że taki projekt został zaproponowany przez grupę rosyjskich deweloperów, którzy przyjęli doświadczenia Chin. Jednocześnie Akulov zauważył, że pomysł stworzenia szybkiej autostrady Moskwa – Petersburg jest dziś znowu aktualny. W szczególności proponowano połączenie budowy szybkiej autostrady z równoległą budową autostrady. Szef agencji dodał, że potężne struktury biznesowe z Azji są gotowe do udziału w tym projekcie, nie precyzując, o które struktury chodzi.

Technologie zawieszenia magnetycznego pociągu

Obecnie istnieją 3 główne technologie magnetycznego zawieszenia pociągów:

1. Na magnesach nadprzewodzących (zawieszenie elektrodynamiczne, EDS).

Magnes nadprzewodzący - solenoid lub elektromagnes z uzwojeniem z materiału nadprzewodzącego. Uzwojenie nadprzewodzące ma zerową rezystancję omową. Jeśli takie uzwojenie zostanie zwarte, to indukowany w nim prąd elektryczny pozostaje praktycznie w nieskończoność.

Pole magnetyczne prądu ciągłego przepływającego przez uzwojenie magnesu nadprzewodzącego jest niezwykle stabilne i pozbawione pulsacji, co ma znaczenie w wielu zastosowaniach w badaniach naukowych i technice. Uzwojenie magnesu nadprzewodzącego traci właściwość nadprzewodnictwa, gdy temperatura wzrośnie powyżej temperatury krytycznej Tk nadprzewodnika, gdy w uzwojeniu zostanie osiągnięty prąd krytyczny Ik lub krytyczne pole magnetyczne Hk. Biorąc to pod uwagę, dla uzwojeń magnesów nadprzewodzących. stosowane są materiały o wysokich wartościach Тк, Iк i Нк.

2. Na elektromagnesach (zawieszenie elektromagnetyczne, EMS).

3. Na magnesach trwałych; jest to nowy i potencjalnie najbardziej ekonomiczny system.

Kompozycja lewituje z powodu odpychania tych samych biegunów magnesów i odwrotnie, przyciągania różnych biegunów. Ruch realizowany jest przez silnik liniowy.

Silnik liniowy to silnik elektryczny, w którym jeden z elementów układu magnetycznego jest otwarty i posiada rozwinięte uzwojenie wytwarzające wędrujące pole magnetyczne, a drugi wykonany jest w postaci prowadnicy zapewniającej ruch liniowy części ruchomej silnika.

Obecnie istnieje wiele projektów silników liniowych, ale wszystkie można podzielić na dwie kategorie - silniki o niskim przyspieszeniu i silniki o dużym przyspieszeniu.

Silniki o niskim przyspieszeniu są stosowane w transporcie publicznym (maglev, kolej jednoszynowa, metro). Silniki o wysokim przyspieszeniu mają dość małą długość i są zwykle używane do przyspieszania obiektu do wysoka prędkość a następnie zwolnij. Są często wykorzystywane do badań nad kolizjami z nadmierną prędkością, takimi jak broń lub wyrzutnie statków kosmicznych. Silniki liniowe są również szeroko stosowane w napędach posuwowych obrabiarek oraz w robotyce. znajduje się w pociągu, na torze lub w obu. Poważnym problemem konstrukcyjnym jest duża waga wystarczająco silnych magnesów, ponieważ do utrzymania masywnej kompozycji w powietrzu potrzebne jest silne pole magnetyczne.

Zgodnie z twierdzeniem S. Earnshawa (czasami piszą Earnshaw), pola statyczne wytworzone wyłącznie przez elektromagnesy i magnesy trwałe są niestabilne, w przeciwieństwie do pól diamagnesów.

Diamagnesy to substancje, które są namagnesowane w kierunku działającego na nie zewnętrznego pola magnetycznego. W przypadku braku zewnętrznego pola magnetycznego diamagnesy nie mają momentu magnetycznego. i magnesy nadprzewodzące. Istnieją systemy stabilizacji: czujniki stale mierzą odległość od pociągu do toru i odpowiednio zmienia się napięcie na elektromagnesach.

Możesz rozważyć zasadę ruchu pojazdów na poduszce magnetycznej na poniższym schemacie.

Pokazuje zasadę ruchu pojazdów do przodu pod wpływem zmian pól magnetycznych. Rozmieszczenie magnesów umożliwia pociągnięcie auta do przodu na przeciwny biegun, przesuwając w ten sposób całą konstrukcję.

Najbardziej szczegółową instalację magnetyczną Sami pokazano na schemacieprojekty zawieszenia magnetycznego i napędu elektrycznego załogi w oparciu o liniowe maszyny asynchroniczne,

Ryż. 1. Konstrukcja zawieszenia magnetycznego i napędu elektrycznego pojazdu w oparciu o liniowe maszyny asynchroniczne:
1 - cewka magnetyczna zawieszenia; 2 - element drugorzędny; 3 - okładka; 4,5 - zęby i uzwojenie cewki zawieszenia; 6.7 - klatka przewodząca i obwód magnetyczny elementu wtórnego; 8 - podstawa; 9 platforma; 10 - korpus załogi, 11, 12 - sprężyny; 13 - amortyzator; 14 - brzana; 15 - zawias cylindryczny; 16 - łożysko ślizgowe; 17 - wspornik; 18 - stop; 19 - bar. Von - prędkość pola magnetycznego: Fn - siła podnoszenia zawieszenie: Wb - indukcja szczeliny roboczej zawieszenia

Rys. 2. Konstrukcja silnika indukcyjnego liniowego trakcyjnego:
1 - cewka napędu trakcyjnego; 2 - element drugorzędny; 3 - rdzeń magnetyczny cewki napędowej; 4 - płyty dociskowe cewki napędowej; 5 - zęby cewki napędowej; 6 - cewki uzwojenia cewki napędowej; 7 - podstawa.

Zalety i wady transportu lewitacji magnetycznej

Godność

• Teoretycznie najwyższa prędkość, jaką można uzyskać na masowo produkowanym (niesportowym) pojeździe naziemnym.
• Niski dźwięk.

Wady

• Wysoki koszt stworzenia i utrzymania toru.
• Waga magnesu, zużycie energii elektrycznej.
• Pole elektromagnetyczne generowane przez zawieszenie magnetyczne może być szkodliwe dla załóg pociągów i/lub okolicznych mieszkańców. Nawet transformatory trakcyjne stosowane w kolejach zasilanych prądem przemiennym są szkodliwe dla kierowców, ale w tym przypadku natężenie pola jest o rząd wielkości wyższe. Możliwe też, że linie Maglev będą niedostępne dla osób korzystających z rozruszników serca.
• Przy dużych prędkościach (setki km/h) konieczne będzie kontrolowanie odstępu między drogą a pociągiem (kilka centymetrów). Wymaga to ultraszybkich systemów sterowania.
• Wymagana jest złożona infrastruktura torowa.

Na przykład strzałka dla maglev reprezentuje dwa odcinki drogi, które zmieniają się w zależności od kierunku skrętu. Dlatego jest mało prawdopodobne, aby linie Maglev utworzyły mniej lub bardziej rozgałęzione sieci z rozwidleniami i skrzyżowaniami.

Rozwój nowych rodzajów transportu

Prace nad stworzeniem szybkich pociągów bezkołowych na poduszce magnetycznej trwają od dawna, w szczególności w Związku Radzieckim od 1974 roku. Jednak do tej pory problem najbardziej obiecującego transportu przyszłości pozostaje otwarty i stanowi szerokie pole działania.

Ryż. 2 Model pociągu na lewitacji magnetycznej

Rysunek 2 przedstawia model pociągu z lewitacją magnetyczną, w którym twórcy postanowili odwrócić cały system mechaniczny do góry nogami. Tor kolejowy to zestaw żelbetowych podpór rozmieszczonych w pewnych równych odstępach ze specjalnymi otworami (oknami) dla pociągów. Nie ma szyn. Czemu? Faktem jest, że model jest odwrócony, a sam pociąg służy jako szyna, a koła z silnikami elektrycznymi są zainstalowane w oknach podpór, których prędkość obrotowa jest zdalnie sterowana przez maszynistę. Tak więc pociąg wydaje się lecieć w powietrzu. Odległości między podporami dobierane są w taki sposób, aby w każdym momencie ruchu pociąg znajdował się w co najmniej dwóch lub trzech z nich, a jeden wagon miał długość większą niż jedno przęsło. Pozwala to nie tylko na utrzymanie pociągu w zawieszeniu, ale jednocześnie, jeśli jedno z kół ulegnie uszkodzeniu w jakimkolwiek podparciu, ruch będzie kontynuowany.

Zalety korzystania z tego konkretnego modelu są wystarczające. Po pierwsze jest to oszczędność na materiałach, po drugie znacznie zmniejsza się waga pociągu (nie są potrzebne silniki ani koła), po trzecie taki model jest niezwykle ekologiczny, a po czwarte położyć taki tor w gęsto zaludnionym mieście lub teren o nierównym terenie, jest to znacznie łatwiejsze niż w przypadku standardowych środków transportu.

Ale nie można nie wspomnieć o niedociągnięciach. Na przykład, jeśli jedna z podpór mocno odchyli się w granicach toru, doprowadzi to do katastrofy. Chociaż w ramach kolei konwencjonalnych możliwe są katastrofy. Kolejną kwestią, która prowadzi do silnego wzrostu kosztów technologii, jest fizyczne obciążenie podpór. Na przykład ogon pociągu, który po prostu opuszcza określony otwór, jeśli mówimy w prostych słowach, jakby "wisi" i wywiera duże obciążenie na następną podporę, podczas gdy środek ciężkości samego pociągu również się przesuwa, co wpływa na wszystkie podpory jako całość. Z grubsza ta sama sytuacja ma miejsce, gdy czoło pociągu opuszcza otwór i również „zawiesza się” aż do następnego podpory. Okazuje się, że jest to rodzaj huśtawki. W jaki sposób projektanci zamierzają rozwiązać ten problem (przy pomocy skrzydła głównego, dużej prędkości, skrócenia odległości między podporami…) nadal nie jest jasne. Ale są rozwiązania. A trzeci problem to zwroty. Ponieważ twórcy zdecydowali, że długość samochodu to więcej niż jedno przęsło, pojawia się kwestia skrętów

Ryż. 3 Szybki transport sznurkowy Yunitskiy

Jako alternatywę, istnieje czysto rosyjski rozwój o nazwie Yunickiy High-Speed ​​String Transport (UST). W jego ramach proponuje się zastosowanie sprężonych szyn-sznurów podnoszonych na podporach na wysokość 5-25 metrów, po których poruszają się czterokołowe moduły transportowe. Koszt własny UST okazuje się znacznie niższy – 600-800 tys. USD za kilometr, a z infrastrukturą i taborem – 900-1200 tys. USD za km.

Ryż. 4 Przykład transportu jednoszynowego

Ale najbliższa przyszłość jest wciąż widoczna za zwykłymi osiągami jednoszynowymi. Co więcej, w ramach systemów jednoszynowych obecnie się wycofują najnowsza technologia do automatyzacji transportu. Na przykład amerykańska korporacja Taxi 2000 tworzy jednotorowy system automatycznych taksówek SkyWeb Express, które mogą podróżować zarówno w obrębie miasta, jak i poza nim. W tych taksówkach nie potrzebujesz kierowcy (tak jak w książkach i filmach science fiction). Wskazujesz miejsce docelowe, a taksówka sama Cię tam zawiezie, samodzielnie budując najlepszą trasę. Tutaj wszystko się okazuje – zarówno bezpieczeństwo, jak i dokładność. Taxi 2000 to obecnie najbardziej realistyczny i wykonalny projekt

Wniosek

Pociągi z lewitacją magnetyczną są uważane za jedne z najbardziej obiecujący gatunek transport przyszłości. Pociągi z lewitacją magnetyczną różnią się od zwykłych pociągów i jednoszynów całkowitym brakiem kół - podczas ruchu wagony wydają się unosić nad jedną szeroką szyną z powodu działania sił magnetycznych. W efekcie prędkość takiego pociągu może sięgać 400 km/h, a w niektórych przypadkach taki transport może zastąpić samolot. Obecnie na świecie realizowany jest w praktyce tylko jeden projekt drogi magnetycznej, zwany także Transrapid.

Wiele inwestycji i projektów ma już 20-30 lat. A głównym zadaniem ich twórców jest przyciągnięcie inwestorów. Sam problem z transportem jest dość spory, bo często jakieś produkty kupujemy tak drogo, bo na ich transport wydawano bardzo dużo. Drugim problemem jest ekologia, trzecim jest duże zatłoczenie szlaków komunikacyjnych, które z roku na rok wzrasta, a dla niektórych rodzajów transportu o kilkadziesiąt procent.

Miejmy nadzieję, że w niedalekiej przyszłości sami będziemy mogli jeździć transportem z poduszką magnetyczną. Czas płynie...

Bibliografia

1. Drozdova T.E. Podstawy teoretyczne postępowe technologie. - Moskwa: MGOU, 2001 .-- 212 s.
2. Materiałoznawstwo i technologia materiałów konstrukcyjnych / Tyalina L.N., Fedorova N.V. Instruktaż... - Tambow: TSTU, 2006 .-- 457 s.
3. Metody ochrony wód śródlądowych przed zanieczyszczeniem i wyczerpywaniem / wyd. IK Gavich - M .: UNITI-DANA, 2002 .-- 287 s.
4. Metody oczyszczania ścieków przemysłowych / Żukow A.I. Mongait I.L., Rodziller I.D. - M .: Infra-M, 2005 .-- 338 s.
5. Podstawy technologii najważniejszych branż / wyd. Sidorova I.A. Podręcznik uniwersytecki. - M .: Szkoła podyplomowa, 2003 .-- 396 s.
6. System technologii najważniejszych gałęzi gospodarki narodowej / Dvortsin M.D., Dmitrienko V.V., Krutikova L.V., Mashikhina L.G. Instruktaż. - Chabarowsk: KhPI, 2003 .-- 523 s.

• Pociągi z lewitacją magnetyczną mogą poruszać się z większą prędkością niż pociągi konwencjonalne.
• Pociągi z lewitacją magnetyczną wytwarzają mniej hałasu niż pociągi konwencjonalne.
• Pociągi lewitujące magnetycznie skracają czas podróży pasażerów.
• Pociągi lewitujące magnetycznie wykorzystują źródła energii elektrycznej, które mniej zanieczyszczają atmosferę.

Wady pociągów z lewitacją magnetyczną

• Pociągi magnetyczne są droższe niż pociągi konwencjonalne.
• Pociągi do lewitacji magnetycznej wymagają specjalnego przeszkolenia personelu.
• Nadprzewodzące pociągi z lewitacją magnetyczną wykorzystują potężne elektromagnesy zamontowane na szynie, aby stworzyć lewitację. Rodzi to problem ochrony pasażerów przed działaniem silnych pól magnetycznych.
• Nieoczekiwany spadek napięcia spowoduje, że wagony nadprzewodzącego pociągu lewitacji magnetycznej opadną na szynę. Przy dużej prędkości może to być niebezpieczne (podczas prowadzenia pociągów takich jak Inductrack, takie problemy nie pojawiają się, ponieważ koła pociągu pozwolą wagonom poruszać się bezwładnie, aż do całkowitego zatrzymania).
• Silny boczny podmuch wiatru może zakłócić działanie pociągu z lewitacją magnetyczną, przesuwając wagoniki i powodując ich kontakt z szyną. Śnieg lub lód na szynie również mogą powodować problemy.

Pytanie

Jak odizolować pasażerów od silnych pól magnetycznych w nadprzewodzącym pociągu z poduszkami magnetycznymi?

Odpowiedź

Wózki, a przynajmniej coupe, mogą być wykonane z materiału ferromagnetycznego (na przykład stali), który blokuje linie indukcji magnetycznej. Niestety, stal jest znacznie cięższa niż aluminium powszechnie stosowane w budowie pociągów. Aluminium nie jest ferromagnetyczne i nie zapewnia ochrony przed polami magnetycznymi, chyba że zostaną do niego przyłożone prądy o wysokim napięciu, potencjalnie niebezpieczne dla pasażerów.

Pytanie

Czy pociąg lewitacji magnetycznej pokona strome wzgórze lub górę? Czy zsunie się w dół zbocza i pozostanie w dolinie, jeśli nie będzie tarcia do hamowania?

Odpowiedź

Silniki indukcyjne liniowe, stosowane w pociągach z lewitacją magnetyczną, są w stanie podnosić takie pociągi po bardziej stromych pochyłościach niż pociągi konwencjonalne. Co więcej, silniki indukcyjne liniowe przełączają się na hamowanie wsteczne, zapobiegając staczaniu się pociągu w dół, działając wbrew grawitacji.

Od wynalezienia parowozów minęło ponad 200 lat. Od tego czasu transport kolejowy stał się najbardziej poszukiwany do przewozu pasażerów i towarów. Jednak naukowcy aktywnie pracują nad ulepszeniem tej metody ruchu. Rezultatem było stworzenie pociągu maglev lub magnetycznej lewitacji.

Pomysł pojawił się na początku XX wieku. Ale nie było to możliwe w tamtych czasach iw tych warunkach. I dopiero pod koniec lat 60. - na początku lat 70. w Republice Federalnej Niemiec zmontowali tor magnetyczny, na którym uruchomili pojazd nowe pokolenie. Następnie poruszał się z maksymalną prędkością 90 km/h i mógł pomieścić tylko 4 pasażerów. W 1979 roku pociąg lewitacji magnetycznej został zmodernizowany i był w stanie przewozić 68 pasażerów, pokonując 75 kilometrów na godzinę. W tym samym czasie w Japonii zbudowano inną odmianę Magleva. Przyspieszył do 517 km/h.

Dziś prędkość pociągów z lewitacją magnetyczną może być prawdziwym konkurentem dla samolotów. Magnetoplan mógłby poważnie konkurować z przewoźnikami lotniczymi. Jedyną przeszkodą jest to, że Maglevy nie są w stanie ślizgać się po zwykłych torach kolejowych. Wymagają specjalnych autostrad. Ponadto uważa się, że niezbędne poduszka powietrzna pole magnetyczne może mieć niekorzystny wpływ na zdrowszą osobę.

Magnetoplan nie porusza się po szynach, leci w dosłownym tego słowa znaczeniu. Na niewielkiej wysokości (15 cm) od powierzchni toru magnetycznego. Wznosi się nad tor pod wpływem działania elektromagnesów. To wyjaśnia niesamowitą prędkość.

Płótno maglev wygląda jak seria betonowych płyt. Magnesy znajdują się pod tą powierzchnią. Sztucznie wytwarzają pole magnetyczne, przez które pociąg "podróżuje". Podczas jazdy nie ma tarcia, dlatego do hamowania wykorzystywany jest opór aerodynamiczny.

Jeśli włączone prosty język wyjaśnij zasadę działania, wyjdzie tak. Kiedy para magnesów zbliży się do siebie tymi samymi biegunami, wydaje się, że się odpychają. Okazuje się, że poduszka magnetyczna. A kiedy zbliżają się przeciwne bieguny, przyciągane są magnesy i pociąg się zatrzymuje. Ta elementarna zasada jest podstawą działania magnetoplanu, który porusza się w powietrzu na małej wysokości.

Obecnie stosowane są 3 technologie zawieszenia maglev.

1. Zawieszenie elektrodynamiczne, EDS.

Innymi słowy, nazywa się to magnesami nadprzewodnikowymi, czyli odmianami z uzwojeniem materiału nadprzewodzącego. To uzwojenie ma zerową rezystancję omową. A jeśli jest zwarty, prąd elektryczny w nim utrzymuje się nieskończenie długo.

2. Zawieszenie elektromagnetyczne, EMS (lub elektromagnesy).

3. Na magnesach trwałych. To obecnie najtańsza technologia. Proces ruchu zapewnia silnik liniowy, czyli silnik elektryczny, w którym jeden element układu magnetycznego jest otwarty i posiada rozwinięte uzwojenie wytwarzające wędrujące pole magnetyczne, a drugi wykonany jest w postaci prowadnicy, który odpowiada za ruch liniowy ruchomej części silnika.

Wiele osób myśli: czy to bezpieczny pociąg, nie spadnie? Oczywiście nie spadnie. Nie oznacza to, że nic nie trzyma Magleva na drodze. Opiera się on na torze za pomocą specjalnych „pazurów” umieszczonych na dole pociągu, w których znajdują się elektromagnesy unoszące pociąg w powietrze. Są też takie magnesy, które utrzymują magnetoplan na torze.

Ci, którzy jeździli na Maglevie, twierdzą, że nie doświadczyli niczego inspirującego. Pociąg jest tak cichy, że nie odczuwa się zapierającej dech w piersiach prędkości. Obiekty za oknem przelatują szybko, ale znajdują się bardzo daleko od toru. Magnetoplan przyśpiesza płynnie, dzięki czemu przeciążenia też nie są odczuwalne. Ciekawy i niezwykły jest dopiero moment, w którym pociąg wstaje.

Tak więc główne zalety maglev:

• maksymalna możliwa prędkość poruszania się, którą osiąga się transportem naziemnym (niesportowym),
• wymagana jest niewielka ilość energii elektrycznej,
• niskie koszty utrzymania ze względu na brak tarcia,
• cichy ruch.

Wady:

• potrzeba dużego wydatki finansowe w trakcie budowy i utrzymania toru,
• pole elektromagnetyczne może szkodzić zdrowiu tych, którzy pracują na tych liniach i mieszkają w okolicy,
• do stałego monitorowania odległości między pociągiem a torem wymagane są szybko działające systemy sterowania i wytrzymałe przyrządy,
• wymagany jest złożony układ torowy i infrastruktura drogowa.

Magnetoplan lub Maglev (z angielskiego lewitacji magnetycznej) to pociąg na zawieszeniu magnetycznym, napędzany i sterowany siłami magnetycznymi. Taki pociąg, w przeciwieństwie do pociągów tradycyjnych, podczas ruchu nie dotyka powierzchni szyny. Ponieważ między pociągiem a powierzchnią toczną występuje szczelina, tarcie jest eliminowane, a jedyną siłą hamowania jest siła oporu aerodynamicznego.

Prędkość osiągana przez maglev jest porównywalna z prędkością samolotu i umożliwia konkurowanie z usługami lotniczymi na krótkich (dla lotnictwa) dystansach (do 1000 km). Choć sama idea takiego transportu nie jest nowa, ograniczenia ekonomiczne i techniczne nie pozwoliły mu w pełni rozwinąć się: do użytku publicznego technologia została wdrożona tylko kilka razy. Obecnie Maglev nie może korzystać z istniejącej infrastruktury transportowej, choć zdarzają się projekty z lokalizacją elementów drogi magnetycznej między szynami konwencjonalnej kolei lub pod jezdnią.

Obecnie istnieją 3 główne technologie magnetycznego zawieszenia pociągów:

1. Na magnesach nadprzewodzących (zawieszenie elektrodynamiczne, EDS).

Utworzono w Niemczech” Kolej żelazna przyszłości ”wywołał już wcześniej protesty mieszkańców Szanghaju. Ale tym razem władze, przestraszone demonstracjami, które grożą wybuchem poważnych zamieszek, obiecały zająć się pociągami. Aby na czas powstrzymać demonstracje, urzędnicy rozstawiają nawet kamery wideo w miejscach, w których najczęściej odbywają się masowe protesty. Chiński tłum jest bardzo zorganizowany i mobilny, może zebrać się w ciągu kilku sekund i przekształcić w demonstrację z hasłami.

To największe występy ludowe w Szanghaju od antyjapońskich marszów w 2005 roku. To nie pierwszy protest wywołany przez Chińczyków zaniepokojeniem pogarszającym się środowiskiem. Latem ubiegłego roku wielotysięczne tłumy protestujących zmusiły rząd do odroczenia budowy kompleksu chemicznego.

Shanghai Maglev Train to pierwsza na świecie komercyjna kolej maglev i najdroższy projekt kolejowy w Chinach.

Projekt rozpoczęty wykorzystanie komercyjne od 1 stycznia 2004 r. Jego koszt to około 1,6 miliarda dolarów (10 miliardów juanów).

Tak wysokie koszty wiązały się przede wszystkim z tym, że większość trasy przebiega przez tereny podmokłe, dlatego budowniczowie musieli wykonać podkładkę betonową pod każdą podporę wiaduktu (a jest ich tu wiele, co 25 metrów). Nawiasem mówiąc, w niektórych miejscach grubość tej poduszki dochodzi do 70 m.

Nawiasem mówiąc, Shanghai Maglev Line nie jest najdłuższą z dróg ekspresowych, jej długość to zaledwie 30 kilometrów od międzynarodowego lotniska Pudong do stacji metra Longyang Lu w Szanghaju.

Ale ten dystans "Shanghai Maglev" pokonuje w zaledwie 7:20 lub 8:10 minut (w zależności od pory dnia). Pociąg osiąga prędkość maksymalną 431 km/h, a jego średnia prędkość to około 250 km/h.

To prawda, że ​​z maksymalną prędkością pędzi tylko przez 1,5 minuty, ponieważ nie ma gdzie tak bardzo przyspieszyć, odległość nie jest bardzo duża.

Linia kursuje od 6:45 do 21:30 w odstępach od 15 do 20 minut.

Cena biletu w jedną stronę wynosi około 7,3 USD. Dla pasażerów z biletami lotniczymi - 5,81 USD. Bilety VIP kosztują około dwa razy więcej niż bilety standardowe.