Är maglevtåg framtidens transport? Hur fungerar ett maglevtåg?

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Redan mer än tvåhundra år har gått sedan det ögonblick då mänskligheten uppfann de första ångloken. Men järnvägstransporter på marken som transporterar passagerare och tunga laster med kraften från el och diesel är fortfarande mycket vanligt.

Det är värt att säga att ingenjörer och uppfinnare har arbetat aktivt med att skapa alternativa sätt att flytta på under alla dessa år. Resultatet av deras arbete blev tåg på magnetiska kuddar.

Utseendehistoria

Själva idén att skapa tåg på magnetiska kuddar utvecklades aktivt i början av 1900-talet. Det var dock inte möjligt att förverkliga detta projekt vid den tidpunkten av flera skäl. Tillverkningen av ett sådant tåg började först 1969. Det var då som ett magnetspår lades på Förbundsrepubliken Tysklands territorium, längs vilket ett nytt fordon skulle passera, som senare kallades maglev-tåget. Det sjösattes 1971. Det första maglevtåget, som hette Transrapid-02, passerade längs magnetspåret.

Ett intressant faktum är att tyska ingenjörer tillverkade ett alternativt fordon baserat på uppgifterna som lämnats av vetenskapsmannen Hermann Kemper, som fick ett patent som bekräftar uppfinningen av magnetplanet redan 1934.

"Transrapid-02" kan knappast kallas särskilt snabbt. Han kunde röra sig med en maxhastighet på 90 kilometer i timmen. Dess kapacitet var också låg - bara fyra personer.

1979 skapades en mer avancerad maglev-modell. Detta tåg, kallat "Transrapid-05", kunde redan ta sextioåtta passagerare. Han rörde sig längs linjen som ligger i staden Hamburg, vars längd var 908 meter. Den maximala hastigheten som detta tåg utvecklade var sjuttiofem kilometer i timmen.

Samma 1979 släpptes en annan maglev-modell i Japan. Hon kallades "ML-500". Det japanska tåget på en magnetkudde utvecklade en hastighet på upp till femhundrasjutton kilometer i timmen.

Konkurrenskraft

Hastigheten som magnetiska kuddtåg kan utveckla kan jämföras med flygplanens hastighet. I detta avseende kan denna typ av transport bli en allvarlig konkurrent till de flygrutter som trafikerar ett avstånd på upp till tusen kilometer. Den utbredda användningen av maglev hindras av att de inte kan röra sig på traditionella järnvägsytor. Tåg på magnetkuddar behöver bygga speciella motorvägar. Och detta kräver en stor investering av kapital. Man tror också att magnetfältet som skapas för maglev kan påverka negativtmänniskokroppen, vilket kommer att negativt påverka hälsan för föraren och invånarna i regioner som ligger nära en sådan väg.

Arbetsprincip

Tåg med magnetkuddar är en speciell typ av transport. Under rörelse verkar maglev sväva över järnvägsspåren utan att röra den. Detta beror på att fordonet styrs av kraften från ett artificiellt skapat magnetfält. Under rörelsen av maglev finns det ingen friktion. Bromskraften är aerodynamiskt motstånd.

Hur fungerar det? Var och en av oss känner till magneternas grundläggande egenskaper från fysiklektionerna i sjätte klass. Om två magneter förs samman med sina nordpoler kommer de att stöta bort varandra. En så kallad magnetisk kudde skapas. Vid sammankoppling av olika poler kommer magneterna att attraheras av varandra. Denna ganska enkla princip ligger till grund för maglevtågets rörelse, som bokstavligen glider genom luften på ett obetydligt avstånd från rälsen.

För närvarande har två teknologier redan utvecklats, med hjälp av vilka en magnetisk kudde eller fjädring aktiveras. Den tredje är experimentell och finns bara på papper.

Elektromagnetisk fjädring

Denna teknik kallas EMS. Den är baserad på styrkan hos det elektromagnetiska fältet, som förändras över tiden. Det orsakar levitation (uppgång i luften) av maglev. För tågets rörelse i detta fall krävs T-formade skenor, som är gjorda avledare (vanligtvis gjord av metall). På så sätt liknar driften av systemet en konventionell järnväg. I tåget installeras dock stöd- och styrmagneter istället för hjulpar. De är placerade parallellt med de ferromagnetiska statorerna längs kanten av den T-formade banan.

Den största nackdelen med EMS-teknik är behovet av att kontrollera avståndet mellan statorn och magneterna. Och detta trots att det beror på många faktorer, inklusive den elektromagnetiska interaktionens instabila karaktär. För att undvika ett plötsligt stopp av tåget är speciella batterier installerade på det. De kan ladda de linjära generatorerna inbyggda i stödmagneterna och på så sätt upprätthålla levitationsprocessen under lång tid.

EMS-baserade tåg bromsas av en synkron linjärmotor med låg acceleration. Det representeras av stödjande magneter, såväl som vägbanan, över vilken maglev svävar. Sammansättningens hastighet och dragkraft kan styras genom att ändra frekvensen och styrkan hos den genererade växelströmmen. För att sakta ner, ändra bara riktningen på de magnetiska vågorna.

Elektrodynamisk fjädring

Det finns en teknik där rörelsen av maglev sker när två fält interagerar. En av dem skapas på motorvägsduken, och den andra skapas ombord på tåget. Denna teknik kallas EDS. På grundval av detta byggdes ett japanskt maglevtåg JR–Maglev.

Det här systemet har vissa skillnader från EMS, därvanliga magneter, till vilka elektrisk ström tillförs från spolarna endast när ström är pålagd.

EDS-teknik innebär en konstant tillförsel av el. Detta inträffar även om strömförsörjningen är avstängd. Kryogenkylning är installerad i spolarna i ett sådant system, vilket sparar betydande mängder el.

Fördelar och nackdelar med EDS-teknik

Den positiva sidan av ett system som körs på en elektrodynamisk fjädring är dess stabilitet. Även en liten minskning eller ökning av avståndet mellan magneterna och duken regleras av krafterna från avstötning och attraktion. Detta gör att systemet kan vara i oförändrat tillstånd. Med denna teknik finns det inget behov av att installera styrelektronik. Det finns inget behov av enheter för att justera avståndet mellan nätet och magneterna.

EDS-teknik har vissa nackdelar. Sålunda kan den kraft som är tillräcklig för att sväva sammansättningen endast uppstå vid hög hastighet. Det är därför maglevs är utrustade med hjul. De ger sin rörelse i hastigheter upp till hundra kilometer i timmen. En annan nackdel med denna teknik är friktionskraften som genereras på baksidan och framsidan av de repulsiva magneterna vid låga hastigheter.

På grund av det starka magnetfältet i sektionen avsedd för passagerare är det nödvändigt att installera ett speciellt skydd. Annars får en person med pacemaker inte resa. Skydd behövs också för magnetiska lagringsmedia (kreditkort och hårddisk).

Utveckladteknologi

Det tredje systemet, som för närvarande bara finns på papper, är användningen av permanentmagneter i EDS-varianten, som inte kräver energi för att aktiveras. Tills nyligen trodde man att detta var omöjligt. Forskarna trodde att permanentmagneter inte hade en sådan kraft som kunde få tåget att sväva. Detta problem undveks dock. För att lösa det placerades magneterna i Halbach-arrayen. Ett sådant arrangemang leder till skapandet av ett magnetfält inte under arrayen, utan ovanför den. Detta hjälper till att upprätthålla tågets svävning även med en hastighet av cirka fem kilometer i timmen.

Detta projekt har ännu inte genomförts i praktiken. Detta beror på den höga kostnaden för arrayer gjorda av permanentmagneter.

Dignity of maglevs

Den mest attraktiva sidan av maglev-tåg är möjligheten att uppnå höga hastigheter som gör att maglev kan konkurrera även med jetflygplan i framtiden. Denna typ av transporter är ganska ekonomiskt sett till elförbrukning. Kostnaderna för dess drift är också låga. Detta blir möjligt på grund av frånvaron av friktion. Maglevs låga ljud är också glädjande, vilket kommer att ha en positiv inverkan på miljösituationen.

Flaws

Nackdelen med maglevs är att det krävs för mycket för att göra dem. Även kostnader för banunderhåll är höga. Dessutom kräver det övervägda transportsättet ett komplext system av spår och ultraprecisenheter som styr avståndet mellan duken och magneterna.

Projektimplementering i Berlin

I Tysklands huvudstad på 1980-talet ägde öppnandet av det första maglev-systemet som kallas M-Bahn rum. Dukens längd var 1,6 km. Ett maglevtåg gick mellan tre tunnelbanestationer på helgerna. Resor för passagerare var gratis. Efter Berlinmurens fall fördubblades befolkningen i staden nästan. Det krävde skapandet av transportnät med förmåga att ge hög passagerartrafik. Det var därför 1991 magnetduken demonterades och byggandet av tunnelbanan började i dess ställe.

Birmingham

I denna tyska stad, en låghastighets-maglev kopplad från 1984 till 1995. flygplats och järnvägsstation. Längden på den magnetiska banan var bara 600 m.

Vägen fungerade i tio år och stängdes av på grund av många klagomål från passagerare om de befintliga olägenheterna. Senare ersatte monorailen maglev i denna sektion.

Shanghai

Den första magnetiska vägen i Berlin byggdes av det tyska företaget Transrapid. Misslyckandet med projektet avskräckte inte utvecklarna. De fortsatte sin forskning och fick en order från den kinesiska regeringen, som beslutade att bygga en maglevbana i landet. Denna höghastighetsrutt (upp till 450 km/h) förband Shanghai och Pudong flygplats. Den 30 km långa vägen öppnades 2002. Framtida planer inkluderar dess förlängning till 175 km.

Japan

Detta land stod värd för en utställning 2005Expo-2005. Genom dess öppnande togs ett 9 km långt magnetspår i drift. Det finns nio stationer på linjen. Maglev betjänar området intill utställningslokalen.

Maglevs anses vara framtidens transport. Redan 2025 är det planerat att öppna en ny motorväg i ett land som Japan. Maglev-tåget kommer att transportera passagerare från Tokyo till ett av distrikten på den centrala delen av ön. Dess hastighet blir 500 km/h. Cirka fyrtiofem miljarder dollar kommer att behövas för att genomföra projektet.

Ryssland

Skapandet av ett höghastighetståg planeras också av de ryska järnvägarna. År 2030 kommer maglev i Ryssland att koppla samman Moskva och Vladivostok. Passagerare kommer att övervinna vägen på 9300 km på 20 timmar. Maglevtågets hastighet kommer att nå upp till femhundra kilometer i timmen.