《機(jī)車(chē)新技術(shù)（第四版）》 課件 2第五講 磁懸浮與重載列車(chē)新技術(shù)

機(jī)車(chē)新技術(shù)第五講磁懸浮與重載列車(chē)新技術(shù)磁懸浮列車(chē)技術(shù)01重載列車(chē)發(fā)展概況與新技術(shù)02CONTENTS壹磁懸浮列車(chē)技術(shù)磁懸浮列車(chē)實(shí)際上是依靠電磁吸力或電動(dòng)斥力將列車(chē)懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)列車(chē)與地面軌道間的無(wú)機(jī)械接觸，再利用線(xiàn)性電機(jī)驅(qū)動(dòng)列車(chē)運(yùn)行。世界首條商業(yè)運(yùn)營(yíng)的英國(guó)伯明翰磁浮線(xiàn)一、磁懸浮技術(shù)簡(jiǎn)介磁浮技術(shù)的研究源于德國(guó)，而美國(guó)和蘇聯(lián)則分別在1970年代、1980年代放棄了這項(xiàng)研究計(jì)劃，目前只有德國(guó)、日本和中國(guó)大陸仍在繼續(xù)進(jìn)行磁浮系統(tǒng)的研究，并均取得了令世人矚目的進(jìn)展。1922年，德國(guó)人赫爾曼?肯佩爾提出了電磁浮原理，并在1934年獲得世界上第一項(xiàng)有關(guān)磁浮技術(shù)的專(zhuān)利。

1971年，德國(guó)第一輛磁浮原理車(chē)在一段660米長(zhǎng)的試驗(yàn)線(xiàn)路上進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行。

1975年，ThyssenHenschel公司率先實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)路側(cè)長(zhǎng)定子直線(xiàn)同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁浮車(chē)運(yùn)行。

1976年，ThyssenHenschel公司在HMB2號(hào)試驗(yàn)線(xiàn)上進(jìn)行了載人長(zhǎng)定子試驗(yàn)車(chē)的運(yùn)行。

1977年，德國(guó)聯(lián)邦集中力量發(fā)展長(zhǎng)定子直線(xiàn)同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的常導(dǎo)交通系統(tǒng)。

1979年，漢堡國(guó)際交通博覽會(huì)，展出了一段900米長(zhǎng)的TR磁浮鐵路示范線(xiàn)。這次磁浮車(chē)的成功展出，促進(jìn)了磁浮高速鐵路的發(fā)展進(jìn)程；更是促成了德國(guó)建造大型試驗(yàn)設(shè)施的決定。

1980年，埃姆斯蘭德的磁浮試驗(yàn)線(xiàn)正式開(kāi)工。

1993年，TR07型磁浮列車(chē)在TVE試驗(yàn)最高速度達(dá)到450km/h。

1996年5月9日到6月14日，聯(lián)邦議院和聯(lián)邦參議院制訂出了“磁浮需求法規(guī)”。

1997年4月，德國(guó)決定在柏林和漢堡之間建一條全長(zhǎng)292公里的磁浮線(xiàn)，原計(jì)劃1998年下半年動(dòng)工，2005年投入商業(yè)運(yùn)行。后來(lái)由于新的預(yù)測(cè)表明建設(shè)新線(xiàn)將面臨虧損的危險(xiǎn)，遂于2000年2月取消建設(shè)計(jì)劃。世界上首條商業(yè)營(yíng)運(yùn)的磁浮列車(chē)線(xiàn)路是1984年英國(guó)伯明翰磁浮，但是速度不快，已經(jīng)于2003年拆除，更換為纜索式系統(tǒng)后重新?tīng)I(yíng)運(yùn)，第二條德國(guó)柏林的M-Bahn高速磁懸浮則是體驗(yàn)之用。而當(dāng)前中國(guó)大陸的上海磁浮示范運(yùn)營(yíng)線(xiàn)是世界上唯一一條商業(yè)營(yíng)運(yùn)的高速磁浮列車(chē)線(xiàn)路（通常指時(shí)速大于250公里）、也是第三條磁浮列車(chē)線(xiàn)路(2002年)，以及目前處于營(yíng)運(yùn)中的五條商業(yè)磁浮列車(chē)線(xiàn)路之一，另四者為中低速系統(tǒng)，它們是日本愛(ài)知縣的東部丘陵線(xiàn)、韓國(guó)仁川廣域市的仁川機(jī)場(chǎng)磁懸浮線(xiàn)、中國(guó)大陸長(zhǎng)沙市的長(zhǎng)沙磁浮快線(xiàn)及中國(guó)大陸北京市的北京地鐵S1線(xiàn)北京S1磁浮線(xiàn)上海磁浮線(xiàn)韓國(guó)仁川機(jī)場(chǎng)磁浮線(xiàn)日本東部丘陵線(xiàn)1999年，中國(guó)大陸政府開(kāi)始研究建造京滬高鐵，在研究的可行性論證過(guò)程中，專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)對(duì)于高鐵應(yīng)采用何種技術(shù)產(chǎn)生分歧。時(shí)任科技部副部長(zhǎng)徐冠華和部分專(zhuān)家開(kāi)始支持磁懸浮技術(shù)，并且由于該技術(shù)的主要發(fā)明國(guó)德國(guó)也宣布高速磁浮技術(shù)已達(dá)到成熟水平，使得中國(guó)大陸的鐵路交通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。另一部分專(zhuān)家則提出了完全不同的意見(jiàn)，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)采用世界普遍采用的高速輪軌技術(shù)，并且中國(guó)大陸對(duì)于高速輪軌系統(tǒng)技術(shù)的掌握也有了重大的進(jìn)步。盡管磁浮系統(tǒng)存在諸多優(yōu)點(diǎn)，但世界目前的磁懸浮技術(shù)仍舊停留在試驗(yàn)階段，高速磁浮技術(shù)最發(fā)達(dá)的德國(guó)也沒(méi)有一條投入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的線(xiàn)路，高速磁浮技術(shù)仍具有不確定性，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上存在許多不確定因素。專(zhuān)家雙方最終達(dá)成共識(shí)，同意先行建設(shè)一段商業(yè)化的運(yùn)營(yíng)示范線(xiàn)路，以此確定高速磁浮系統(tǒng)的成熟、可用、經(jīng)濟(jì)和安全等數(shù)據(jù)。專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)的建議最終得到國(guó)務(wù)院的關(guān)注和支持，隨即選定了上海、北京與深圳三個(gè)地區(qū)進(jìn)行比較，最終于2000年6月決定在上海建設(shè)高速磁懸浮列車(chē)在鐵軌上方懸浮運(yùn)行，鐵軌與車(chē)輛不接觸，運(yùn)行速度非?？?，可以超過(guò)500公里，而當(dāng)前中國(guó)的輪軌列車(chē)運(yùn)營(yíng)速度最高時(shí)速為496公里（法國(guó)TGV電氣火車(chē)最高時(shí)速在2007年的測(cè)試中達(dá)到過(guò)574.8公里）無(wú)噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)由于無(wú)需車(chē)輪，不存在輪軌摩擦而產(chǎn)生的輪對(duì)磨損，減少了維護(hù)工作量和經(jīng)營(yíng)成本磁浮列車(chē)優(yōu)點(diǎn)：磁浮列車(chē)的使用壽命可達(dá)35年，而普通輪軌列車(chē)只有20-25年。磁浮列車(chē)路軌的壽命是80年，普通路軌只有60年與現(xiàn)在的普通鐵路系統(tǒng)相比，修建和運(yùn)營(yíng)成本顯著地高機(jī)車(chē)、軌道和信號(hào)控制系統(tǒng)與現(xiàn)在鐵路系統(tǒng)完全不同，因此不能對(duì)現(xiàn)有的鐵路系統(tǒng)進(jìn)行改造利用陸上交通工具停頓時(shí)要克服很大的慣性，只有通過(guò)輪子與軌道的制動(dòng)力來(lái)克服。磁浮列車(chē)沒(méi)有輪子，如果突然停電，靠滑動(dòng)摩擦是很危險(xiǎn)的。而對(duì)于磁浮，當(dāng)遭遇突然停電，采取的是機(jī)械臂死鎖軌道強(qiáng)制停車(chē)，這正是磁浮相對(duì)于輪軌滑動(dòng)摩擦制動(dòng)方式而言會(huì)更加危險(xiǎn)磁浮列車(chē)是高架的，發(fā)生事故時(shí)救援很困難，沒(méi)有輪子，拖出事故現(xiàn)場(chǎng)困難；若區(qū)間停電，其他車(chē)輛、吊機(jī)也很難靠近磁浮列車(chē)突然情況下的制動(dòng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上輪軌列車(chē)，且安全性沒(méi)有輪軌火車(chē)高磁浮列車(chē)缺點(diǎn)：常導(dǎo)電磁浮型(ElectromagneticSuspension，EMS)，由德國(guó)研發(fā)并擁有核心技術(shù)超導(dǎo)電動(dòng)磁浮型(ElectrodynamicSuspension，EDS)，由日本研發(fā)并擁有核心技術(shù)永磁浮型(PermanentMagneticSuspension，PMS)，以中國(guó)和美國(guó)為主二、磁懸浮列車(chē)種類(lèi)常導(dǎo)磁懸浮列車(chē)在運(yùn)行時(shí)，首先調(diào)整車(chē)輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車(chē)浮起超導(dǎo)型磁懸浮列車(chē)在運(yùn)行時(shí)，列車(chē)上的懸浮導(dǎo)向超導(dǎo)磁鐵產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使布置在地面上的懸浮導(dǎo)向線(xiàn)圈繞組感應(yīng)出電流(與外部動(dòng)力電源無(wú)關(guān)),也變成電磁鐵，因此其感應(yīng)電流和超導(dǎo)磁鐵之間產(chǎn)生電磁斥力，從而將列車(chē)懸起，并經(jīng)精密傳感器檢測(cè)軌道與列車(chē)之間的間隙使它們之間始終保持100mm左右的懸浮間隙永磁浮型(PMS)：是一種新的磁浮技術(shù)，永久磁鐵與軌道（由電磁軌道或?qū)Т挪牧希┫喑獠⒈３衷诓劭谥芯€(xiàn)可懸浮運(yùn)行。又名磁浮飛機(jī)，懸浮高度80-150毫米，時(shí)速可達(dá)550公里。1970年代中期已有研究高速磁浮鐵路，當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院電工所已開(kāi)始研究直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。1980年代國(guó)防科技大學(xué)開(kāi)始研究小型磁浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，而西南交通大學(xué)和鐵道科學(xué)研究院也對(duì)磁浮的原理進(jìn)行了探討研究?！赴宋濉蛊陂g組織了「磁浮列車(chē)關(guān)鍵技術(shù)」攻關(guān)，由鐵道科學(xué)研究院牽頭，以上三間大學(xué)參加，主要研究對(duì)象為低速磁浮列車(chē)，并研制成國(guó)防科技大學(xué)的3米x3米可載40人的單轉(zhuǎn)向架磁浮列車(chē)系統(tǒng)丶西南交通大學(xué)的4噸電氣解耦雙轉(zhuǎn)向架磁浮實(shí)驗(yàn)車(chē)，以及鐵科院牽頭的6噸單轉(zhuǎn)向架磁浮實(shí)驗(yàn)車(chē)。1995年，中國(guó)第一條磁浮列車(chē)試驗(yàn)線(xiàn)在西南交通大學(xué)建成，并且成功進(jìn)行了穩(wěn)定懸浮丶導(dǎo)向丶驅(qū)動(dòng)控制和載人運(yùn)行等時(shí)速為30公里的試驗(yàn)，標(biāo)志著中國(guó)已經(jīng)掌握制造磁浮列車(chē)的技術(shù)。1996年4月科技部又組織「磁浮列車(chē)重大技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題研究，多次與國(guó)外專(zhuān)家技術(shù)交流，并考察日本和德國(guó)磁浮列車(chē)，進(jìn)行了滬杭高速磁浮線(xiàn)采用日本超導(dǎo)方案的可行性研究。1997年3月，青城山磁浮車(chē)工程試驗(yàn)線(xiàn)的可行性研究通過(guò)國(guó)家科委工業(yè)科技司組織的專(zhuān)家評(píng)審，翌年試驗(yàn)示范線(xiàn)工程立項(xiàng)，并開(kāi)始籌備建設(shè)青城山磁浮列車(chē)工程試驗(yàn)線(xiàn)。2001年，開(kāi)始動(dòng)工修建，全長(zhǎng)430米。1999年底科技部又組織「中國(guó)第一條高速磁浮列車(chē)試驗(yàn)運(yùn)行線(xiàn)的可行性研究」，進(jìn)一步消化丶吸收了德國(guó)電磁吸引式高速磁浮列車(chē)技術(shù)，并以引進(jìn)德國(guó)技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行方案比較，并提出建設(shè)上海磁浮列車(chē)示范運(yùn)營(yíng)線(xiàn)的建議。1990年代末期京滬高速鐵路采用「高速輪軌」或「磁浮」技術(shù)之爭(zhēng)。雙方最終達(dá)成共識(shí)，同意先行建設(shè)一段商業(yè)化的營(yíng)運(yùn)示范路線(xiàn)，以此確定高速磁浮系統(tǒng)的成熟丶可用丶經(jīng)濟(jì)和安全等數(shù)據(jù)。最終於2000年6月決定在上海建設(shè)高速磁浮，采用德國(guó)技術(shù)，2002年12月31日建成通車(chē)，2003年10月起對(duì)公眾開(kāi)放試運(yùn)營(yíng)，成為世界上首條商業(yè)運(yùn)行的磁浮線(xiàn)。該線(xiàn)總長(zhǎng)31.17公里，連接龍陽(yáng)路站和浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)站，單線(xiàn)運(yùn)行時(shí)間約8分鐘，設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為每小時(shí)431公里，是世界上速度最快的商業(yè)營(yíng)運(yùn)列車(chē)路線(xiàn)。2006年1月國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議批準(zhǔn)了京滬高速鐵路采用輪軌技術(shù)的方案，磁浮技術(shù)落選。同年3月國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)興建滬杭磁浮交通項(xiàng)目的建議書(shū)，原計(jì)劃於2010年上海世博會(huì)前建成投入運(yùn)營(yíng)，但因其安全丶效益丶設(shè)計(jì)等方面引起的爭(zhēng)議導(dǎo)致項(xiàng)目被「冷處理」及暫時(shí)擱置。2008年因?yàn)檠鼐€(xiàn)居民的強(qiáng)烈抵制，滬杭磁懸浮2010年廢除，滬杭客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)2009年開(kāi)建，標(biāo)志著輪軌技術(shù)正式取代了磁浮技術(shù)。貳重載列車(chē)發(fā)展概況與新技術(shù)一、國(guó)外重載運(yùn)輸發(fā)展概況重載運(yùn)輸?shù)闹饕攸c(diǎn)在于列車(chē)重量加大，列車(chē)編組加長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)全程直達(dá)運(yùn)輸，使一條鐵路盡可能地多輸送車(chē)流，充分發(fā)揮鐵路集中、大宗、長(zhǎng)距離、全天候的運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，達(dá)到鐵路運(yùn)輸能力高效率、多運(yùn)快運(yùn)、降低成本的目的。重載貨車(chē)向大軸重、低自重、低動(dòng)力作用的方向發(fā)展美國(guó)諾?？四戏借F路公司重載列車(chē)澳大利亞必和必拓鐵礦公司重載列車(chē)美國(guó)諾?？宋鞣借F路公司開(kāi)行的運(yùn)煤重載列車(chē)，全長(zhǎng)6500m,編組500輛，總重達(dá)44066t;南非鐵路公司礦石重載運(yùn)輸采用的列車(chē)全長(zhǎng)7200m,編組660輛，總重達(dá)71600t;澳大利亞重載列車(chē)更是不斷刷新世界紀(jì)錄，其BHP鐵礦公司在楊迪爾一黑德蘭港間275km的線(xiàn)路上，已開(kāi)行了一列靜載重8200t、總重達(dá)99734t的重載列車(chē)，編組682輛，列車(chē)長(zhǎng)度為7300m世界各國(guó)發(fā)展重載運(yùn)輸，大致可分以下為兩種模式。重載單元列車(chē)，整列式重載列車(chē)和組合列車(chē)2005年國(guó)際重載鐵路協(xié)會(huì)巴西年會(huì)修訂標(biāo)準(zhǔn)：列車(chē)重量至少達(dá)到8000t,軸重達(dá)到或超過(guò)27t及以上，在至少150km的線(xiàn)路區(qū)段上單線(xiàn)年運(yùn)量至少達(dá)4000萬(wàn)t以上。二、我國(guó)重載鐵路發(fā)展歷程第一階段(1985年—1990年)北京鐵路局于1985年3月正式開(kāi)行了大同-秦皇島的組合式重載列車(chē)，列車(chē)總重7400t,雙機(jī)牽引，采取了固定機(jī)車(chē)、固定車(chē)底、固定到發(fā)站、固定運(yùn)行線(xiàn)、固定貨物品類(lèi)的運(yùn)輸組織方式。沈陽(yáng)、北京、濟(jì)南、鄭州及上海等鐵路局先后組織開(kāi)行了雙機(jī)牽引6500~8000t的組合列車(chē)第二階段(1990年—1992年)大秦線(xiàn)開(kāi)行單元重載列車(chē)的成功，標(biāo)志著我國(guó)鐵路重載運(yùn)輸水平躍上新的臺(tái)階，也為發(fā)展符合中國(guó)國(guó)情的單元式重載列車(chē)運(yùn)輸積累了經(jīng)驗(yàn)。第三階段(1992年—2004年)對(duì)沿海繁忙干線(xiàn)進(jìn)行技術(shù)改造，開(kāi)行整列式重載列車(chē)。具有代表性的工程為朔黃鐵路的修建第四階段(2005年至今)2003年，為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)煤炭運(yùn)的需要，鐵道部組織北京鐵路局對(duì)該線(xiàn)進(jìn)行了擴(kuò)能改造，使當(dāng)年運(yùn)量達(dá)到1.2168億t,2年運(yùn)量突破1.5億t。2015年11月6日，中國(guó)鐵路總公司在山西中南部鐵路通道組織實(shí)施了1.2萬(wàn)t重載列車(chē)運(yùn)行試驗(yàn)，取得圓滿(mǎn)成功。這標(biāo)志著我國(guó)第一條按照30t軸重重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的鐵路已經(jīng)建成。二、重載列車(chē)新技術(shù)重載機(jī)車(chē)交流傳動(dòng)技術(shù)交流傳動(dòng)技術(shù)自20世紀(jì)70年代末開(kāi)始發(fā)展，至90年代以后，大功率交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)成為重載牽引動(dòng)力的發(fā)展趨勢(shì)。AC6000CWSD90MACSD70Ace電控空氣制動(dòng)系統(tǒng)（ECP，ElectronicallyControlledPneumatic）原理：直接用計(jì)算機(jī)控制列車(chē)中每輛貨車(chē)制動(dòng)缸的制動(dòng)和緩解，使重載列車(chē)的所有車(chē)輛制動(dòng)、緩解動(dòng)作保持一致保證重載長(zhǎng)大列車(chē)運(yùn)行安全車(chē)輛平均周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短，運(yùn)輸能力增加，列車(chē)平均速度增加機(jī)車(chē)動(dòng)力消耗減少車(chē)輛維修