Er maglev-tog fremtidens transport? Hvordan fungerer et maglev-tog?

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

Allerede mer enn to hundre år har gått siden det øyeblikket da menneskeheten oppfant de første damplokomotivene. Jernbanetransport som transporterer passasjerer og tung last ved hjelp av kraften fra elektrisitet og diesel er imidlertid fortsatt svært vanlig.

Det er verdt å si at ingeniører og oppfinnere i alle disse årene har jobbet aktivt med å skape alternative måter å flytte på. Resultatet av arbeidet deres var tog på magnetiske puter.

Utseendehistorie

Selve ideen om å lage tog på magnetiske puter ble aktivt utviklet på begynnelsen av det tjuende århundre. Det var imidlertid ikke mulig å realisere dette prosjektet på det tidspunktet av flere årsaker. Produksjonen av et slikt tog begynte først i 1969. Det var da et magnetisk spor ble lagt på territoriet til Forbundsrepublikken Tyskland, langs hvilket et nytt kjøretøy skulle passere, som senere ble k alt maglev-toget. Det ble lansert i 1971. Det første maglev-toget, som ble k alt Transrapid-02, passerte langs magnetsporet.

Et interessant faktum er at tyske ingeniører laget et alternativt kjøretøy basert på dokumentene som ble etterlatt av forskeren Hermann Kemper, som mottok et patent som bekreftet oppfinnelsen av magnetplanet tilbake i 1934.

"Transrapid-02" kan neppe kalles veldig fort. Han kunne bevege seg med en maksimal hastighet på 90 kilometer i timen. Kapasiteten var også lav - bare fire personer.

I 1979 ble en mer avansert maglev-modell laget. Dette toget, k alt "Transrapid-05", kunne allerede frakte sekstiåtte passasjerer. Han beveget seg langs linjen som ligger i byen Hamburg, hvis lengde var 908 meter. Maksimalhastigheten som dette toget utviklet var syttifem kilometer i timen.

I samme 1979 ble en annen maglev-modell utgitt i Japan. Hun ble k alt "ML-500". Det japanske toget på en magnetisk pute utviklet en hastighet på opptil fem hundre og sytten kilometer i timen.

konkurranseevne

Hastigheten som magnetiske putetog kan utvikle kan sammenlignes med hastigheten til fly. I denne forbindelse kan denne typen transport bli en seriøs konkurrent til de flyrutene som opererer i en avstand på opptil tusen kilometer. Den utbredte bruken av maglev hindres av at de ikke kan bevege seg på tradisjonelle jernbaneoverflater. Tog på magnetiske puter må bygge spesielle motorveier. Og dette krever en stor investering av kapital. Det antas også at magnetfeltet som skapes for maglev kan påvirke negativtmenneskekroppen, noe som vil påvirke helsen til sjåføren og innbyggere i regioner som ligger i nærheten av en slik rute negativt.

Arbeidsprinsipp

Magnetiske putetog er en spesiell type transport. Under bevegelse ser det ut til at maglev svever over jernbanesporene uten å berøre den. Dette skyldes det faktum at kjøretøyet styres av kraften fra et kunstig skapt magnetfelt. Under bevegelsen av maglev er det ingen friksjon. Bremsekraften er aerodynamisk motstand.

Hvordan fungerer det? Hver av oss vet om de grunnleggende egenskapene til magneter fra fysikktimer i sjette klasse. Hvis to magneter bringes sammen med sine nordpoler, vil de frastøte hverandre. Det lages en såk alt magnetisk pute. Ved tilkobling av forskjellige poler vil magnetene bli tiltrukket av hverandre. Dette ganske enkle prinsippet ligger til grunn for bevegelsen til maglev-toget, som bokstavelig t alt glir gjennom luften i en ubetydelig avstand fra skinnene.

For tiden er det allerede utviklet to teknologier, ved hjelp av hvilke en magnetisk pute eller oppheng aktiveres. Den tredje er eksperimentell og eksisterer bare på papir.

Elektromagnetisk fjæring

Denne teknologien kalles EMS. Den er basert på styrken til det elektromagnetiske feltet, som endres over tid. Det forårsaker levitasjon (stigning i luften) av maglev. For bevegelse av toget i dette tilfellet kreves T-formede skinner, som er laget avleder (vanligvis laget av metall). På denne måten er driften av systemet lik en konvensjonell jernbane. I toget er det imidlertid installert støtte- og styremagneter i stedet for hjulpar. De er plassert parallelt med de ferromagnetiske statorene plassert langs kanten av den T-formede banen.

Den største ulempen med EMS-teknologi er behovet for å kontrollere avstanden mellom statoren og magnetene. Og dette til tross for at det avhenger av mange faktorer, inkludert den ustabile naturen til den elektromagnetiske interaksjonen. For å unngå bråstopp av toget er det installert spesielle batterier på det. De er i stand til å lade opp de lineære generatorene som er innebygd i støttemagnetene, og dermed opprettholde levitasjonsprosessen i lang tid.

EMS-baserte tog bremses av en synkron lineær motor med lav akselerasjon. Det er representert av støttende magneter, så vel som veibanen, som maglev svever over. Hastigheten og skyvekraften til sammensetningen kan kontrolleres ved å endre frekvensen og styrken til den genererte vekselstrømmen. For å bremse, bare endre retningen på de magnetiske bølgene.

Elektrodynamisk fjæring

Det er en teknologi der bevegelsen av maglev skjer når to felt samhandler. En av dem er laget i motorveilerretet, og den andre er laget ombord på toget. Denne teknologien kalles EDS. På grunnlag av dette ble et japansk maglev-tog JR–Maglev bygget.

Dette systemet har noen forskjeller fra EMS, hvorvanlige magneter, som det kun tilføres elektrisk strøm fra spolene når strøm er tilført.

EDS-teknologi innebærer en konstant tilførsel av strøm. Dette skjer selv om strømforsyningen er slått av. Kryogen kjøling er installert i spolene til et slikt system, noe som sparer betydelige mengder elektrisitet.

Fordeler og ulemper med EDS-teknologi

Den positive siden av et system som kjører på en elektrodynamisk fjæring er stabiliteten. Selv en liten reduksjon eller økning i avstanden mellom magnetene og lerretet reguleres av frastøtings- og tiltrekningskreftene. Dette gjør at systemet kan være i uendret tilstand. Med denne teknologien er det ikke nødvendig å installere kontrollelektronikk. Det er ikke behov for enheter for å justere avstanden mellom nettet og magnetene.

EDS-teknologi har noen ulemper. Dermed kan kraften tilstrekkelig til å levitere sammensetningen bare oppstå ved høy hastighet. Derfor er maglevs utstyrt med hjul. De gir sin bevegelse i hastigheter opp til hundre kilometer i timen. En annen ulempe med denne teknologien er friksjonskraften som genereres bak og foran de frastøtende magnetene ved lave hastigheter.

På grunn av det sterke magnetfeltet i seksjonen beregnet for passasjerer, er det nødvendig å installere spesialbeskyttelse. Ellers får ikke en person med pacemaker reise. Beskyttelse er også nødvendig for magnetiske lagringsmedier (kredittkort og HDD).

Utvikletteknologi

Det tredje systemet, som foreløpig kun eksisterer på papir, er bruken av permanente magneter i EDS-varianten, som ikke krever energi for å aktiveres. Inntil nylig trodde man at dette var umulig. Forskerne mente at permanente magneter ikke hadde en slik kraft som kunne få toget til å levitere. Dette problemet ble imidlertid unngått. For å løse det ble magnetene plassert i Halbach-arrayen. Et slikt arrangement fører til dannelsen av et magnetfelt ikke under arrayet, men over det. Dette bidrar til å opprettholde togets levitasjon selv med en hastighet på rundt fem kilometer i timen.

Dette prosjektet har ennå ikke fått praktisk gjennomføring. Dette skyldes de høye kostnadene for matriser laget av permanente magneter.

Dignity of maglevs

Den mest attraktive siden av maglev-tog er utsiktene til å oppnå høye hastigheter som vil tillate maglev å konkurrere selv med jetfly i fremtiden. Denne typen transport er ganske økonomisk med tanke på strømforbruk. Kostnadene for driften er også lave. Dette blir mulig på grunn av fravær av friksjon. Den lave støyen til maglevs er også behagelig, noe som vil ha en positiv innvirkning på miljøsituasjonen.

Flaws

Ulempen med maglevs er at det skal for mye til for å lage dem. Utgifter til sporvedlikehold er også høye. I tillegg krever den vurderte transportmåten et komplekst system av spor og ultra-presistenheter som kontrollerer avstanden mellom lerretet og magnetene.

Prosjektimplementering i Berlin

I hovedstaden i Tyskland på 1980-tallet fant åpningen av det første maglev-systemet k alt M-Bahn sted. Lengden på lerretet var 1,6 km. Et maglev-tog kjørte mellom tre t-banestasjoner i helgene. Reise for passasjerer var gratis. Etter Berlinmurens fall ble befolkningen i byen nesten doblet. Det krevde etablering av transportnettverk med evne til å gi høy passasjertrafikk. Derfor ble magnetlerretet demontert i 1991, og byggingen av T-banen begynte i stedet.

Birmingham

I denne tyske byen koblet en lavhastighets maglev fra 1984 til 1995. flyplass og jernbanestasjon. Lengden på den magnetiske banen var bare 600 m.

Veien fungerte i ti år og ble stengt på grunn av en rekke klager fra passasjerer om eksisterende ulempe. Deretter erstattet monorailen maglev i denne delen.

Shanghai

Den første magnetiske veien i Berlin ble bygget av det tyske selskapet Transrapid. Prosjektets fiasko avskrekket ikke utviklerne. De fortsatte forskningen og mottok en ordre fra den kinesiske regjeringen, som bestemte seg for å bygge en maglevbane i landet. Denne høyhastighetsruten (opptil 450 km/t) koblet sammen Shanghai og Pudong lufthavn. Den 30 km lange veien ble åpnet i 2002. Fremtidige planer inkluderer utvidelse til 175 km.

Japan

Dette landet var vertskap for en utstilling i 2005Expo-2005. Ved åpningen ble et 9 km langt magnetspor satt i drift. Det er ni stasjoner på linjen. Maglev betjener området ved siden av utstillingsstedet.

Maglevs regnes som fremtidens transport. Allerede i 2025 er det planlagt å åpne en ny motorvei i et land som Japan. Maglev-toget skal frakte passasjerer fra Tokyo til et av distriktene på den sentrale delen av øya. Hastigheten vil være 500 km/t. Omtrent førtifem milliarder dollar vil være nødvendig for å implementere prosjektet.

Russland

Opprettelsen av et høyhastighetstog er også planlagt av Russian Railways. Innen 2030 vil maglev i Russland forbinde Moskva og Vladivostok. Passasjerer vil overvinne banen på 9300 km på 20 timer. Hastigheten til maglev-toget vil nå opptil fem hundre kilometer i timen.