国内最新轨道交通技术应用解析

当前,我国城市轨道交通科研正在加速发展当中,城市铁路不仅为人们日常出行提供快速便捷方式,还丰富了我们的科技人文娱乐生活。当前我国科研领域频频爆出轨道交通领域最新研究成果:我国首条自主研发中低速磁悬浮线路长沙项目正式启动,全球首例川“熊猫”空中悬挂式轨道列车挂线运营,14年首个真空管超高速磁悬浮列车原型测试已在西南交大实验室诞生、已建成真空管道试验线。相关专家认为,速度是引领轨道交通技术的发展的核心动力,下一代高速列车、高速磁悬浮轨道交通、真空管道轨道交通将成为未来轨道交通技术在高速方向重点发展的三个领域。  

  我国首例无人驾驶地铁投入运营

根据日前报道,香港铁路有限公司南港岛线正式开通,这并非一条普通的地铁线,它是全国首条运营全自动驾驶地铁车辆的线路,而剩下的南港岛线东段也将于12月28日正式启用。  

据了解,该线路地铁车辆由中车长客股份公司自主研发制造,打造的是一款GOA4(Grades of Automa  TIon 4)等级的全自动无人驾驶地铁车辆。

南港岛线全线共10列车3,列车为3辆编组的不锈钢A型地铁车,其运行最高时速可达到80公里。它最大的特点是可以实现自动控制,例如自动唤醒、自动运营、自动故障诊断及自动清洗功能等。而且车厢前后也没有驾驶室,列车两端是开放式空间。  

  全球首列悬挂式轨道列车问世

今年11月下旬,世界第一列以锂电池动力包为牵引动力的空中悬挂式轨道列车”(以下简称“空铁”)在成都正式挂线。据了解,此次四川“熊猫”空铁因其可爱憨厚的造型、新颖独特的设计,自问世之日起就引得了众多群众与网友们的热情关注。  

据悉,“新能源空铁”由民营企业四川中唐空铁集团有限公司全资,西南交通大学牵引动力国家重点实验室牵头,联合中国中车、中国中铁、攀枝花钢铁公司等7家大型国有企业协同研制。  

位于成都双流西南航空港经济开发区生产园区的U型空铁试验线,白色的单轨轨道梁全长1400米,每隔约10米由一根离地5米高的桩基支撑。整条试验线由乘客车站、一条正线轨道、一条副线及列车、静调库等相关配套设备构成,可以完全真实地模拟新能源空铁在实际运行中的直线、弯道、爬坡等性能,并通过10000公里的运行测试,形成标准化数据。  

新能源空铁是一款我国拥有完全自主知识产权的新型轨道交通系统。该系统采用新能源、新材料、新设计、集成若干相关成熟技术建造。系统具有平稳舒适安全性高、节能环保噪音低、占地少适应性强、建设工期短难度小、景象美观视野开阔等优点。  

根据西南交大教授翟婉明介绍,新能源空铁从图纸画下第一根线到出厂,只用了4个月10天,勘称奇迹。据称,该条试验线最高时速60公里,最大运能可达每小时2万人次,每公里建设成本仅为地铁的六分之一到八分之一,其各项建设指标完全适应商业运营要求。  

  国产首创真空管磁悬浮轨道车

现今,磁悬浮列车已经在我国得到深入广泛的应用,目前,我国科研也正在大力发展磁悬浮列车技术。2003年上海浦东机场建成了世界首列正式商业化的高架磁悬浮列车,在当时是世界上最快的商业线路,时速可达431公里,全程运行仅需要短短的8分钟。  

然而工程师对于速度的追求是无止境的,2014年西南交通大学超导实验室正式对外公布全球首个真空管超高速磁悬浮列车原型测试平台,高速悬浮列车运行速度再次升级!  

事实上,西南交大早在2013年3月便研制出了最初的高温超导磁悬浮(HTS)测试环线,而最新的这个模型则加入了真空管道,成为世界上首个真空管道运输(ETT)系统。  

根据研究人员的估算,未来真空管高温超导磁悬浮列车的运行速度最快可达近3000公里/时。因此这项技术不仅能够用于客运,而且还能被用于军用/商业航空器的发射技术。  

  我国首条中低速磁悬浮列车 – 长沙“追风号”

2015年10月6日,长沙磁悬浮列车项目正式试车,据悉,这是我国首条商用的磁悬浮列车,也是我国自主研发的首个中低速磁悬浮线路项目。长沙磁悬浮列车路线全长18.7公里,设计时速为120公里,全程约只需10分钟车程。  

据了解,长沙磁浮工程长沙磁浮工程西起长沙高铁南站,东至黄花机场,均为高架线。项目投资估算总额为41.95亿元。全线初期设长沙火车南站、榔梨站和黄花机场站。工程已于2015年上半年末正式开工,2015年底实现通车,2016年上半年投产运营。列车采用3辆编组,车辆最高运营速度100公里/小时。  

中低速磁浮交通技术是指依靠电磁力将列车悬浮,利用直线电机驱动的轨道交通技术,运行时速为100~120公里。具有噪声低、环保性能好(距线路10米处不高于64分贝)、线路适应性强(正线转弯半径75米,爬坡能力70‰)、乘坐舒适、运行安全可靠,建设、维护成本低、运营效益好等特点。适用于大中城市市内、近距离城市间和旅游景区的交通连接。  

另外根据最新消息称,京泸线时速600公里高速磁浮铁路,将于2020年交付首台样车测试使用,并在山东建成一条高速磁浮试验铁路。  

看过了这么多我国的城市轨道交通取得的惊人的科研成果,相信再过几年,高速磁悬浮列车、高速高空轨道列车、真空轨道列车将会给我们带来对轨道交通颠覆性的促进作用。既然聊到城市轨道交通,下面我们就来了解一下我国近年来在高速轨道交通科研上取得的科研进展及相关轨道技术。  

  何为磁悬浮列车?

根据百度百科的解释,磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具,它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。  

磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙,因此运行起来更安全、平稳舒适、无噪声,可以实现全自动化运行。  

磁悬浮列车的使用寿命可达35年,相比普通轮轨列车则仅仅只有20—25年。磁悬浮列车路轨的寿命是80年,普通路轨则只有60年。  

  磁悬浮列车的原理

磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式,故磁悬浮列车也有两种相应的形式  

一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车,它利用车上超导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,使车体悬浮运行的铁路;  

另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车,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,并使导轨钢板的排斥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。  

上述两种磁悬浮的方式,也可以称之为常导磁吸式(EMS)和 超导磁斥式。  

其次,磁悬浮列车的高速前进也是利用电磁体间的磁力完成的。 简单的讲就是,在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电,能将线圈变为电磁铁。由于它与列车上的超导电磁体的相互作用,就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体(N极)被安装在靠前一点的轨道上的电磁体(S极)所吸引,并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,在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。这样,列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。根据车速,通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。  

  中低速磁悬浮是什么,有什么优点?

顾名思义,中低速磁悬浮速度将低于高速磁悬浮列车运行速度,一般认为,中低速磁悬浮只适用于城市近距离交通用途,并且时速不超过约一两百公里。  

  相比高速磁悬浮列车,中低速磁悬浮具有以下几个优点:

首先,能耗更低。以长沙磁浮运营数据为例,其吨公里综合能耗为1.9度电,比同等长度的城轨耗电低0.2度。在企业的试验线上,中低速磁浮的能耗比城轨高20%。但投入运营才发现,运距变长后,磁浮能耗反而降低。  

其次是噪音更小。地铁运行产生的噪声一般达80分贝,而磁浮列车约为60分贝,比普通人打电话的声音还小。如果列车采用的国产电机、空调能进一步优化,噪音还可更低。  

再次是工期更短,造价更低。修相同距离磁浮线的工期,不足地铁的一半。  

另外,在辐射安全问题上,磁浮列车车辆内电磁辐射的安全限值和地铁同一标准。  

  真空管道轨道技术的实现

从2013年开始,有着对轨道速度狂热执着追求的科技达人马斯克对于“真空运输”概念,首次提出“超级高铁”的理念。而根据他的预想,超级高铁时速将达到1200公里,接近音速。这一速度将比现在最快的子弹头列车快两三倍,比飞机的速度快两倍。超级高铁正是真空管道轨道的概念现实化的载体。  

  超级高铁在真空管道中运行,车厢像一个胶囊。每一个胶囊被放置于管道中,像炮弹一样被发射至目的地。胶囊处于几乎没有摩擦力的环境中,无间断地行驶。

据悉,超级高铁将采用自供电设计,通过在管道上部铺设太阳能面板,产生足够的电能维持运行。真空管道运输达到超高速度乘客也丝毫不会感受到任何加速度,比火车和飞机也更安全、更便宜、更安静。  

在真空管道轨道的设计原型中,其技术原理是在地面或地下建一个密闭管道,用真空泵将管道抽成真空或部分真空。在这样的环境中运行的车辆,行车阻力会大大减小,从而有效地降低能耗,同时气动噪声也可以大大降低。  

国内最早的超级地铁研究专家已表明,经过技术的不断改进,超级高铁未来实现时速6500公里在技术上基本上不存在任何问题,但关键问题是真空管道轨道路程长,而且全程都需要抽气以适应真空运输环境,整体造价数额惊人,甚至比地铁建设成本还高出好几倍。  

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于灯火阑珊处,于暗香离别时,未曾放弃。
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