中国高温磁悬浮高铁研究进展论文

中国乃至世界上第一条高速磁悬浮铁路商业运行线是2001年3月1日开工建设的上海磁悬浮列车示范线，采用了蒂森克虏伯-西门子的技术。2002年3月，这条磁悬浮列车示范线下部结构工程竣工，由于投资巨大还是新型列车票价非常高，乘客特别少每年运营亏损几十亿，造成了巨大的浪费，这正是中国式特点。磁悬浮列车用电磁力将列车浮起而取消轮轨，采用长定子同步直流电机将电供至地面线圈，驱动列车高速行驶。磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支承、导向、牵引和制动功能。列车在运行过程中，与轨道保持一厘米左右距离，处于一种“若即若离”的状态。由于避免了与轨道的直接接触，行驶速度也会提高，其正常的运营。1986年，西南交通大学就率先召开了磁浮技术与磁浮列车技术研究大会，成为国内较早启动该领域研究的高校科研单位。1988年，西南交通大学磁浮团队完成了单自由度铁球悬浮实验，对电磁吸力悬浮原理有了本质的认识。1990年，西南交通大学磁浮团队研究成功了由 4台小电磁铁构成的磁浮模型车，并实现了模型车的稳定悬浮和基于直线电机的驱动。1994年10月，连级三教授带领的研究团队成功地研制出了我国第一辆可载人4吨磁浮车及其试验线，并实现了系统的稳定悬浮与运行，这是我国在磁浮列车领域的首次突破，标志着我国开始拥有自主知识产权的磁浮列车技术。该项目1996年通过科技成果鉴定，并获该年度铁道部科技进步二等奖和1997年度国家科技进步三等奖。 此后，西南交通大学开始正式启动磁浮列车的工程化研究：1997年3月，青城山磁浮车工程试验线的可行性研究通过国家科委工业科技司组织的专家评审；1998年，青城山磁浮列车工程试验示范线工程立项，并开始筹备建设青城山磁浮列车工程试验线；2001年，开始动工修建长430m的青城山磁浮列车工程试验线。 200 1年，国防科大磁悬浮实验线路建成。同济嘉定校区内的试验线长约1.5至2公里，于2007年底建成。这一试验线首先用于试验国产A型列车。作为二期建设内容，综合实验室计划于2009年下半年建成，它包括用于结构强度实验、制动系统实验、牵引传动实验等的设备。轨道交通试验车拟于2010年研制问世。磁悬浮在中国的市场运做进展也很顺利，德国柏林到汉堡之间的磁悬浮铁路建设计划搁浅以后，转而与中国达成协议，在上海修建了一条是世界上首条进行商业运行的磁悬浮铁路。2006年4月30日，我国磁浮交通科研又一次在西南交大取得进展：采用三悬浮架结构，长11.2米，宽2.6米，高3.3米，轨距1700mm的“青城山中低速磁浮车工程实验线”联调成功，一辆具有自主知识产权的中低速磁浮列车实地正式实验运行，这标志西南交大初步掌握磁浮列车系统设计技术，验证并初步掌握中低速磁浮交通系统关键技术，为以后的中低速磁浮车工程化和应用打下必要的技术基础。 在联合企业推进中低速磁浮列车工程化中，西南交大于2005年，就与上海磁浮交通工程技术中心签订了“上海城轨磁浮列车车辆总体设计”合同，并于次年3月又签订了“上海低速（城轨）磁浮交通试验线工程悬浮控制设备供货及服务”合同，全面参加上海城轨磁浮试验线磁浮列车研制。该试验列车为三节编组，为全新结构设计并创下多个“首次”：国内首次采用整体电磁铁结构，首次采用五悬浮架结构，首次采用DC330V悬浮电源，首次采用三选二悬浮传感器，列车最高运行速度100km/h。2008年和2009年，西南交大又与中国南车股份有限公司签订“中低速磁浮交通系统方案设计研究”合同，与南车株洲电力机车有限公司签订“中低速磁浮列车方案设计研究”合同。攻关中，交大团队在系统设计首次提出了适用于中国国情的1860mm轨距和2800mm车宽。这标志着西南交通大学在联合企业推进中低速磁浮列车产业化的工作中又迈进一步。为进一步推动中低速磁浮列车工程化，交大与南车株洲电力机车有限公司于2011年又签订了“常导短定子异步驱动悬浮架试验车悬浮控制系统研制”和“常导短定子异步驱动中低速磁浮列车系统设计与试验研究”合同；于2011年签订了“常导短定子异步驱动中低速磁浮列车悬浮控制系统”，全面参加了株洲中低速磁浮列车的研制。2012年1月20日，中低速磁浮列车在南车株洲电力机车有限公司内下线，这是一条按商业运行条件设计的磁浮列车及试验线路，磁浮列车运行速度100km/h，能适应试验线各种曲线及坡道的要求。为推动中低速磁浮交通的发展与应用，2013年由钱清泉院士牵头的中国工程院 “中低速磁浮交通技术与系统发展战略研究” 项目立项，项目研究汇聚国内磁浮领域的院士专家，包括电气工程学院和牵引动力实验室相关专家教授，对我国中低速磁浮交通的发展战略进行了深入研究，论证了我国发展中低速磁浮必在性和战略意义，进一步推动了长沙中低速磁浮工程应用线的建设。据了解，2015年12月26日试运行的长沙高铁南站至黄花机场的18.55km“长沙磁浮快线”采用了此前西南交大与南车株洲电力机车有限公司研制的中低速磁浮列车系统技术，该列车悬浮系统核心技术由西南交通大学提供。 日本从1962年起，经过广泛深入地分析和论证，决定采用超导磁磁斥式磁悬浮系统。又经过10年研究，在试验线上采用ML100型试验车，实现了60公里/小时的悬浮运行。接着又研制了LSM200、ML100A试验车。1975年着手修建宫崎试验线，1977年对倒T形导轨和跨座式ML500型试验车进行了无人驾驶试验，工作进展得很顺利。1979年12月实现517公里/小时的世界最高速度。从1980年起，日本在已取得的研究成果的基础上，为使磁浮铁路向更实用化的阶段迈进，将线路的基本形状改进成U形断面，同时开发了箱形的试验车MLU-001号。该试验车由转向架、二系弹簧装置和车体等构成。车辆长 28.8米，宽3米，高3.3米。采用线性同步电机驱动，最高时速达 300~400公里。德国从70年代开始研制磁悬浮列车，采用常导磁吸式。1974年采用的TR04型磁浮车，为异步短定子，车辆长15 米，宽3.4米，重达20吨，最高时速为250公里。1983年推出的TR06型磁浮列车采用同步长定子，由两辆车组成，长54米，宽3.7，共120吨，可载客 200人，最高时速为400公里，80年代，西德在柏林修建M-Bahn磁悬浮列车系统，该系统共有三个车站，全长1.6公里，由无人驾驶系统控制，于1989年8月开始试运行，1997年7月开始商业化运行，但是在两德统一两个月后，该系统被拆除，并改为传统轮轨式铁路。1984年4月，英国从伯明翰机场到国际火车站的低速磁悬浮列车，由于速度较低（全程运行时间90分钟，平均速度25公里/小时，最高速度48公里/小时），故采用常导磁吸式和直线异步电机推进。线路为高架复线，离地面5米。车辆长6米，高3米，宽2.25米，可载客4人，总重约8吨。浮起高度恒定，为15 毫米。由于不可靠早就拆除。此外，日本航空公司正在研制市郊用的，HSDST中高速磁浮列车，采用常导磁吸式，用感应线性电机驱动，1978年在东扇岛长16公里的试验线上速度达到了307公里/小时。以后完成的HSST-03号车，长13.8米，能载运46人，总重15吨，最高时速30公里。1985年3月在筑波科学城举行的国际博览会上展出并载人运行。HSST系列磁浮列车按运营计划规定将编成列车运行。列车两端的车辆长21.8米，载运112人，中间的车辆长182米，载运120人，时速300公里。几年来的实践证明，车辆运行的可靠性很高，几乎不出故障，维修费用也很低，与超导磁悬浮车辆相比，结构相对简单，投资较少。除了日本、德国和英国以外，法国、美国、加拿大和原苏联也研制了自己的磁悬浮列车，分别采用常导磁吸式和超导磁斥式。由于制造复杂不可靠存在电离辐射不实用，都已经放弃。