作为一种没有车轮的陆上无接触式有轨交通工具,磁悬浮列车时速可达到500千米。它的结合能,是利用常导或超导电磁铁与感应磁场之间产生相互吸引或排斥力,使列车“悬浮”在轨道后或下面,进行无摩擦的运行,从而克服传统列车车轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题,并且具有启动、停车快和爬坡能力强等优点。
* 磁悬浮列车的出现
19世纪初,根据电磁作用原理,俄国托木斯克工艺学院的一位教授曾设计并制成一个磁垫列车的模型。在行驶时,这种模型可以不与铁轨直接接触,而是利用电磁排斥力使车辆悬浮起来,与铁轨脱离,并用电动机驱动车辆快速前进。
美国科学家到了1960年又提出磁悬浮列车的设计,并利用强大的磁场将列车提升至离轨几十毫米,以时速300千米行驶而不与轨道发生摩擦。遗憾的是,美国政府没有重视他们的设计,而是让德国和日本捷足先登了。
1969年,在德国出现了世界上第一列磁悬浮列车小型模型。像一条蛟龙一样列车,静静地卧在高高架起的“T”字型车轨上。通过舷梯乘客可以走进车厢,车厢非常宽敞,中间是走道,两边各有三个座位。有的座位前有小桌,小桌旁有电源插座,可接通便捷式电脑在车上办公。
列车是平稳启动的,几乎没有噪音。在时速222千米时,列车进入了一个弯道。在时速320千米时,列车开始不减速爬坡。时速达到400千米时,车厢内依然相当平稳。
日、英、美等国在德国磁悬浮列车试验成功后,也相继开始了磁悬浮列车的研究。1984年,英国在伯明翰建成低速磁力悬浮式铁路,并很快投入使用。这两磁浮列车由一台异步线性电动机驱动,运行时高出轨面15毫米。它由两个车厢组成,每个车厢能载40名乘客。列车由计算机自动控制,无驾驶员。
* 磁悬浮列车的特性
其实磁悬浮列车的原理并不深奥,就是使磁铁抗拒地心引力,即“磁性悬浮” ,运用的是磁铁“同性相斥,异性相吸”的性质。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。也称之为“磁垫车”。
由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式,因此磁悬浮列车相应的形式也有两种:一种磁悬浮列车的电磁运行系统是利用磁铁同性相斥的原理设计的铁路,它通过车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力,使车体悬浮运行;另一种磁悬浮列车是利用磁铁异性相吸原理设计的电动力运行系统的,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10~15毫米的间隙,并让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。
简单地说,就是在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电,将线圈变为电磁体。它与列车上超导电磁体的相互作用来使列车运行。列车的前进是由于列车头部的电磁体(N极)被安装在靠前一点的轨道上的电磁体(S极)所吸引,且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥。当列车前进时,线圈里流动的电流流向就反转过来了,其结果就是原来那个S极线圈现在变为N极线圈了;反之亦然。列车在电磁极性的转换作用下,就可以持续向前奔驰了。
与当今的高速列车相比,磁悬浮列车具有许多无可比拟的优点:
第一,处于“无轮”状态,因为磁悬浮列车是在轨道上行驶的,导轨与机车之间不存在任何实际的接触,因此它几乎没有轮、轨之间的摩擦,时速高达几百千米;
第二,可靠性大,维修简便,成本低,能源消耗量仅为汽车的一半、飞机的l/4;
第三,噪音小,当磁悬浮列车时速达300千米以上时,声音仅相当于一个人大声地说话,比汽车驶过的声音还小;
第四,由于它以电为动力,在轨道沿线不会排放废气,无污染,因此又是一种名副其实的绿色交通工具。
不过,磁悬浮列出也有车厢不能变轨这样的缺点,不像轨道列车可以从一条铁轨借助道岔进入另一铁轨。如果是两条轨道双向通行,一条轨道上的列车只能从一个终点驶向对方终点,然后再原路返回,不像轨道列车可以换轨到另一轨道返回。因此,一条轨道只能容纳一列列车往返运行,非常不节约。而且其使用效率会随着磁悬浮轨道长度变长而越来越越低。
相关链接——上海磁悬浮列车
上海磁悬浮列车是世界第一条磁悬浮列车示范运营线,它西起上海地铁2号线的龙阳路站,东至上海浦东国际机场,专线全长29.863千米,运行时间仅需要7分20秒,是吉尼斯世界记录认证的“现今世界上最快的陆上交通工具”。431千米/小时的最高时速和700千米/小时的两车交汇,让乘客感受到了前所未有的极速。
作为目前全世界第一条也是唯一的一条磁浮列车商业运营线。上海磁浮列车示范运营线项目工程于2001年3月正式开工兴建,2002年12月31日由中德两国时任总理亲临剪彩,首列3节编组的磁浮列车成功实现单线VIP通车试运行。
上海磁悬浮列车带车头的车厢长27.196米,宽3.7米;中间的车厢长24.768米。上海线是世界上第一条磁浮商业示范运营线,它大大改善了市区到浦东机场的交通条件。由于其快捷、经济、准点磁浮列车这种全新的交通方式已经被越来越多的人们接受,并逐渐成为了上海最时尚的看点之一。
上海磁悬浮列车是利用“异性相吸”原理设计的,是“常导磁吸型”(简称“常导型”)磁悬浮列车,是一种吸力悬浮系统,利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁和铺设在轨道上的磁铁,车辆在磁场作用下产生的吸力浮起来。