Is maglev-treine die vervoer van die toekoms? Hoe werk 'n maglev-trein?

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Reeds meer as tweehonderd jaar het verloop sedert die oomblik toe die mensdom die eerste stoomlokomotiewe uitgevind het. Grondspoorvervoer wat passasiers en swaar vragte vervoer met die krag van elektrisiteit en dieselbrandstof is egter steeds baie algemeen.

Dit is die moeite werd om te sê dat ingenieurs en uitvinders al die jare aktief gewerk het om alternatiewe maniere van beweeg te skep. Die resultaat van hul werk was treine op magnetiese kussings.

Geskiedenis van voorkoms

Die idee om treine op magnetiese kussings te skep, is aktief ontwikkel aan die begin van die twintigste eeu. Dit was egter om 'n aantal redes nie moontlik om hierdie projek op daardie stadium te realiseer nie. Die vervaardiging van so 'n trein het eers in 1969 begin. Dit was toe dat 'n magnetiese spoor op die grondgebied van die Bondsrepubliek Duitsland gelê is, waarlangs 'n nuwe voertuig sou verbygaan, wat later die maglev-trein genoem is. Dit is in 1971 gelanseer. Die eerste maglev-trein, wat Transrapid-02 genoem is, het langs die magnetiese spoor gery.

'n Interessante feit is dat Duitse ingenieurs 'n alternatiewe voertuig gemaak het gebaseer op die rekords wat deur die wetenskaplike Hermann Kemper gelaat is, wat 'n patent ontvang het wat die uitvinding van die magnetiese vliegtuig in 1934 bevestig het.

"Transrapid-02" kan beswaarlik baie vinnig genoem word. Hy kon teen 'n maksimum spoed van 90 kilometer per uur beweeg. Sy kapasiteit was ook laag – net vier mense.

In 1979 is 'n meer gevorderde maglev-model geskep. Hierdie trein, genaamd "Transrapid-05", kon reeds agt-en-sestig passasiers vervoer. Hy het langs die lyn in die stad Hamburg beweeg, waarvan die lengte 908 meter was. Die maksimum spoed wat hierdie trein ontwikkel het, was vyf-en-sewentig kilometer per uur.

In dieselfde 1979 is nog 'n maglev-model in Japan vrygestel. Sy is "ML-500" genoem. Die Japannese trein op 'n magnetiese kussing het 'n spoed van tot vyfhonderd-en-sewentien kilometer per uur ontwikkel.

Mededingendheid

Die spoed wat magnetiese kussingstreine kan ontwikkel, kan vergelyk word met die spoed van vliegtuie. In hierdie verband kan hierdie tipe vervoer 'n ernstige mededinger word vir daardie lugroetes wat op 'n afstand van tot 'n duisend kilometer funksioneer. Die wydverspreide gebruik van maglevs word belemmer deur die feit dat hulle nie op tradisionele spoorwegoppervlaktes kan beweeg nie. Treine op magnetiese kussings moet spesiale snelweë bou. En dit verg 'n groot belegging van kapitaal. Daar word ook geglo dat die magnetiese veld wat vir maglevs geskep word, negatief kan beïnvloeddie menslike liggaam, wat die gesondheid van die bestuurder en inwoners van streke wat naby so 'n roete geleë is, nadelig sal beïnvloed.

Werkbeginsel

Magnetiese kussingstreine is 'n spesiale soort vervoer. Tydens beweging lyk dit of die maglev oor die spoorlyne sweef sonder om daaraan te raak. Dit is te wyte aan die feit dat die voertuig beheer word deur die krag van 'n kunsmatig geskepte magneetveld. Tydens die beweging van die maglev is daar geen wrywing nie. Die remkrag is aërodinamiese weerstand.

Hoe werk dit? Elkeen van ons weet van die basiese eienskappe van magnete van graad sesde fisika-lesse. As twee magnete met hul noordpole saamgebring word, sal hulle mekaar afstoot.’n Sogenaamde magnetiese kussing word geskep. Wanneer verskillende pole verbind word, sal die magnete na mekaar aangetrek word. Hierdie redelik eenvoudige beginsel lê ten grondslag van die beweging van die maglev-trein, wat letterlik op 'n onbeduidende afstand van die relings deur die lug gly.

Tans is twee tegnologieë reeds ontwikkel, met behulp waarvan 'n magnetiese kussing of skorsing geaktiveer word. Die derde is eksperimenteel en bestaan net op papier.

Elektromagnetiese vering

Hierdie tegnologie word EMS genoem. Dit is gebaseer op die sterkte van die elektromagnetiese veld, wat met verloop van tyd verander. Dit veroorsaak levitasie (styging in die lug) van die maglev. Vir die beweging van die trein in hierdie geval word T-vormige relings benodig, waarvan gemaak wordgeleier (gewoonlik van metaal gemaak). Op hierdie manier is die werking van die stelsel soortgelyk aan 'n konvensionele spoorlyn. In die trein word egter in plaas van wielpare ondersteunings- en gidsmagnete geïnstalleer. Hulle word parallel aan die ferromagnetiese stators geplaas wat langs die rand van die T-vormige web geleë is.

Die grootste nadeel van EMS-tegnologie is die behoefte om die afstand tussen die stator en die magnete te beheer. En dit ten spyte van die feit dat dit van baie faktore afhang, insluitend die onstabiele aard van die elektromagnetiese interaksie. Om 'n skielike stop van die trein te vermy, word spesiale batterye daarop geïnstalleer. Hulle is in staat om die lineêre kragopwekkers wat in die ondersteuningsmagnete ingebou is, te herlaai en sodoende die levitasieproses vir 'n lang tyd in stand te hou.

EMS-gebaseerde treine word gerem deur 'n sinchrone lineêre motor met lae versnelling. Dit word voorgestel deur ondersteunende magnete, sowel as die pad, waaroor die maglev sweef. Die spoed en stukrag van die samestelling kan beheer word deur die frekwensie en sterkte van die gegenereerde wisselstroom te verander. Om stadiger te ry, verander net die rigting van die magnetiese golwe.

Elektrodinamiese vering

Daar is 'n tegnologie waarin die beweging van die maglev plaasvind wanneer twee velde interaksie het. Een van hulle word in die snelwegdoek geskep, en die tweede een word aan boord van die trein geskep. Hierdie tegnologie word EDS genoem. Op die basis daarvan is 'n Japannese maglev-trein JR–Maglev gebou.

Hierdie stelsel het 'n paar verskille van EMS, waargewone magnete, waaraan elektriese stroom slegs vanaf die spoele gelewer word wanneer krag aangewend word.

EDS-tegnologie impliseer 'n konstante toevoer van elektrisiteit. Dit gebeur selfs as die kragtoevoer afgeskakel is. Kriogeniese verkoeling word in die spoele van so 'n stelsel geïnstalleer, wat aansienlike hoeveelhede elektrisiteit bespaar.

Voordele en nadele van EDS-tegnologie

Die positiewe kant van 'n stelsel wat op 'n elektrodinamiese vering loop, is sy stabiliteit. Selfs 'n effense vermindering of toename in die afstand tussen die magnete en die doek word gereguleer deur die kragte van afstoot en aantrekking. Dit laat die stelsel in 'n onveranderde toestand wees. Met hierdie tegnologie is dit nie nodig om beheerelektronika te installeer nie. Daar is geen behoefte vir toestelle om die afstand tussen die web en die magnete aan te pas nie.

EDS-tegnologie het 'n paar nadele. Dus, die krag wat voldoende is om die samestelling te laat sweef, kan slegs teen hoë spoed ontstaan. Daarom is maglevs met wiele toegerus. Hulle verskaf hul beweging teen snelhede tot honderd kilometer per uur. Nog 'n nadeel van hierdie tegnologie is die wrywingskrag wat teen lae spoed aan die agterkant en voorkant van die afstootmagnete gegenereer word.

Weens die sterk magneetveld in die gedeelte wat vir passasiers bedoel is, is dit nodig om spesiale beskerming te installeer. Andersins word 'n persoon met 'n pasaangeër nie toegelaat om te reis nie. Beskerming is ook nodig vir magnetiese bergingsmedia (kredietkaarte en HDD).

Ontwikkeltegnologie

Die derde stelsel, wat tans net op papier bestaan, is die gebruik van permanente magnete in die EDS-variant, wat nie energie benodig om geaktiveer te word nie. Daar is tot onlangs geglo dat dit onmoontlik was. Die navorsers het geglo dat permanente magnete nie so 'n krag het wat die trein kan laat sweef nie. Hierdie probleem is egter vermy. Om dit op te los, is die magnete in die Halbach-skikking geplaas. So 'n rangskikking lei tot die skepping van 'n magnetiese veld nie onder die skikking nie, maar bo dit. Dit help om die swaai van die trein selfs teen 'n spoed van sowat vyf kilometer per uur te handhaaf.

Hierdie projek het nog nie praktiese implementering ontvang nie. Dit is as gevolg van die hoë koste van skikkings gemaak van permanente magnete.

Dignity of maglevs

Die aantreklikste kant van maglev-treine is die vooruitsig om hoë snelhede te bereik wat maglevs in staat sal stel om in die toekoms selfs met straalvliegtuie mee te ding. Hierdie tipe vervoer is redelik ekonomies in terme van elektrisiteitsverbruik. Die koste vir die werking daarvan is ook laag. Dit word moontlik as gevolg van die afwesigheid van wrywing. Die lae geraas van maglevs is ook aangenaam, wat 'n positiewe impak op die omgewingsituasie sal hê.

Flaws

Die nadeel van maglevs is dat dit te veel verg om dit te maak. Uitgawes vir baaninstandhouding is ook hoog. Daarbenewens vereis die oorweegde vervoermiddel 'n komplekse stelsel van spore en ultra-akkuraattoestelle wat die afstand tussen die doek en die magnete beheer.

Projekimplementering in Berlyn

In die hoofstad van Duitsland in die 1980's het die opening van die eerste maglev-stelsel genaamd die M-Bahn plaasgevind. Die lengte van die doek was 1,6 km.’n Maglev-trein het oor naweke tussen drie metrostasies gery. Reis vir passasiers was gratis. Ná die val van die Berlynse Muur het die bevolking van die stad byna verdubbel. Dit het die skepping van vervoernetwerke vereis met die vermoë om hoë passasiersverkeer te verskaf. Daarom is die magnetiese doek in 1991 uitmekaar gehaal, en die bou van die moltrein het in die plek daarvan begin.

Birmingham

In hierdie Duitse stad, 'n laespoed-maglev verbind van 1984 tot 1995. lughawe en spoorwegstasie. Die lengte van die magnetiese pad was slegs 600 m.

Die pad het vir tien jaar gewerk en was gesluit weens talle klagtes van passasiers oor die bestaande ongerief. Daarna het die monorail die maglev in hierdie afdeling vervang.

Sjanghai

Die eerste magnetiese pad in Berlyn is deur die Duitse maatskappy Transrapid gebou. Die mislukking van die projek het nie die ontwikkelaars afgeskrik nie. Hulle het hul navorsing voortgesit en 'n opdrag van die Chinese regering ontvang, wat besluit het om 'n maglev-baan in die land te bou. Hierdie hoëspoed-roete (tot 450 km/h) het Sjanghai en die Pudong-lughawe verbind. Die 30 km lange pad is in 2002 geopen. Toekomstige planne sluit in die verlenging daarvan tot 175 km.

Japan

Hierdie land het in 2005 'n uitstalling aangebiedExpo-2005. Met die opening daarvan is 'n magnetiese baan van 9 km lank in werking gestel. Daar is nege stasies op die lyn. Maglev bedien die area aangrensend aan die uitstallingslokaal.

Maglevs word as die vervoer van die toekoms beskou. Reeds in 2025 word beplan om 'n nuwe snelweg in 'n land soos Japan te open. Die maglev-trein sal passasiers van Tokio na een van die distrikte van die sentrale deel van die eiland vervoer. Sy spoed sal 500 km/h wees. Ongeveer vyf-en-veertig miljard dollar sal nodig wees om die projek te implementeer.

Rusland

Die skepping van 'n hoëspoed-trein word ook deur die Russiese Spoorweë beplan. Teen 2030 sal maglev in Rusland Moskou en Vladivostok verbind. Passasiers sal die pad van 9300 km binne 20 uur oorkom. Die spoed van die maglev-trein sal tot vyfhonderd kilometer per uur bereik.