大学物理学论文
姓名：郭晓婷
班级：07电联班
序号：51号
学号：200730371081
磁悬浮技术及磁悬浮列车
随着科学的发展，人类已经不满足于普通列车的行驶速度，这就促进了磁悬浮技术的发展。

磁悬浮技术的研究源于德国，早在1922年Hermann Kemper先生就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁浮列车的专利。

进入70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。

根据当时轮轨极限速度的理论，科研工作者们认为，轮轨方式运输所能达到的极限速度为每小时350公里左右，要想超越这一速度运行，必须采取不依赖于轮轨的新式运输系统。

这种认识引起许多国家的科研部门的兴趣，但后来都中途放弃，只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究，并均取得了令世人瞩目的进展。

其中磁悬浮列车是其中最伟大的一项成果。

磁悬浮列车是一种与传统方式完全不同的崭新列车。

它不是用不同机车牵引，而是靠通过磁场推动。

它不接触导轨，而是靠这种看不见的磁垫使之悬浮在导轨上，利用电磁力进行导向，并利用直线电机将电能转换成推进力来推动列车前进的第五代交通运输工具。

磁悬浮列车的原理并不深奥。

它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。

科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。

这就是所谓的“磁悬浮列车”，亦称之为“磁垫车”。

由于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，它利用车上超导体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，并使导轨钢板的吸引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。

磁悬浮列车分为常导型和超导型两大类。

常导型也称常导磁吸型,以德国高速常导磁浮列车tran2srapid 为代表,它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起,悬浮的气隙较小,一般为10 毫米左右,速度可达每小时400～500 千米。

超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型,以日本MAGLEV为代表。

它是利用超导磁体产生的强磁场,列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用,产生电动斥力将列车悬起,悬浮气隙较大,一般为100 毫米左右,速度可达每小时500 千米以上。

磁悬浮列车与当今的高速列车相比，具有许多无可比拟的优点：(1)速度快。

常导磁悬浮列车运行速度可达400kmö h～500 kmöh; 超导磁悬浮列车运行速度可达500kmö h～600 kmö h。

轮轨列车速度一般在400 kmöh 以下。

在运距1000 km～1500 km 的范围内, 磁悬浮列车可与飞机竞争。

(2) 运行成本和能耗低。

由于没有轮子、无摩擦等因素, 它比目前最先进的高速列车省电30%。

据德国资料介绍, 在300 kmöh 速度下, 磁悬浮列车比ICE3能耗少28%; 在500 kmöh 速度下, 每座位每公里的能耗仅为飞机的三分之一至二分之一, 比汽车也少耗能30%。

(3) 维修少。

磁悬浮列车属于无磨损运行, 需要维修的主要是电气设备。

随
着电子工业的发展, 电子元件的可靠性将不断提高。

因此, 磁悬浮列车的维修工作量较少。

(4) 有利于环保。

磁悬浮列车采用电力驱动, 无需燃油, 无有害气体排放。

它在运行时不与轨道发生摩擦, 所以发出的噪声很低。

(5) 安全性高。

磁悬浮列车在轨道上运行, 按飞机的防火标准实行配置。

其结构特点决定了其不会出轨,具有较高的安全性。

(6) 转弯半径小, 爬坡能力强。

由于磁悬浮高速列车具有较高的爬坡能力(10%, 而一般铁路为3% ) 和较小的曲线半径(速度300 kmöh 时, 磁悬浮铁路为R 2350 m , 传统铁路为R 3350 m ) , 因而其线路对地形的适应性非常灵活. (7)具有乘坐舒适、启动快、制动快等优点。

正是基于上述原因，磁悬浮列车成为了当今社会人类梦寐以求的交通工具。

但是磁悬浮列车同时也存在一些缺点。

(1) 高风险, 高投资。

磁悬浮铁路所需的投入较大, 利润回收期较长, 投资的风险系数也较高, 因而也在一定程度上影响了投资者的信心, 制约了磁悬浮铁路的发展。

磁悬浮铁路造价相当高, 德国和日本分别认为磁悬浮铁路比轮轨铁路高117 倍和2 倍。

柏林—汉堡线,1997 年预算为89 亿马克, 第2 年就追加了10%, 达到98 亿马克。

1999 年重新核算后, 起码还要追加30 亿马克。

日本的东京—大阪线, 预算为8 兆亿日元。

磁悬浮列车在应用中无实例可供借鉴, 运营风险大。

1998 年8 月, 全长270 km 的悉尼—堪培拉线竞标中, 德国的磁悬浮方案比法国的TGV 轮轨列车还要低。

澳大利亚出于风险考虑, 最终选择了TGV。

(2) 兼容性差。

无法与既有铁路网连通, 只适应于点对点的直通客流。

(3) 可靠性需检验。

由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的, 断电后磁悬浮的安全保障措施尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。

其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。

(4) 常导磁悬浮技术的悬浮高度较低, 因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术高。

(5) 超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大, 故冷却系统较重。

(6) 磁悬浮列车还有运量小、不便扩容、难以进入市中心等缺点。

但是随着全球科学家的不懈努力，这些困难必将一一克服。

当今世界，德国和日本是研究磁悬浮列车比较有代表性的两个国家，他们的研究起步早，并且在各自的领域都有很大的研究成果。

国际上有代表性的几种磁悬浮列车有: 高速常导磁悬浮列车, 低速常导磁悬浮列车以及高速超导磁悬浮列车。

高速常导磁浮车为德国研制的TR ( t ran srap id) 系列; 低速常导磁浮车为日本研制的HSST 系列; 高速超导磁浮车为日本研制MLU 系列。

德国磁悬浮列车的悬浮方式为电磁吸引悬浮控制方式,简称EMS 。

当列车上的电磁铁通以直流电时,将有一穿过气隙同时交链电磁铁与轨道的主磁场产生,轨道被这个外磁场磁化,进而产生将电磁铁向上吸的磁场力。

这种导轨与电磁铁之间的吸引力,使列车上的动子(电磁铁) 和轨道上的长定子保持一定的空气间隙,如果有沿轨道方向的牵引力,列车便能在无接触、无摩擦的条件下行进。

德国现拥有一条长34. 5 km 哑铃式的载人磁悬浮列车试验线, 其最高运行速度可达450 km öh , 载客时车速则为420km ö h。

目前, 该条试验线上运行的磁悬浮列车是最新研制成功的TR208 型磁悬浮列车, 它从启动到加速、减速直至停车绕试验线两圈不到10m in, 平均速度为300 km öh , 人们乘坐时没有丝毫不舒服的感觉。

日本在研制低速常导磁悬浮系列HSST 之外, 着重探索高速超导磁悬浮。

目前已建成一条长度为18. 4 km 的超导磁悬浮列车试验线, 其最高运行速度可达到550 km ö h。

据有关专家介绍, 日本之所以研究和发展超导磁悬浮列车, 是因为超导磁悬浮列车100 mm 的悬浮间隙比常导磁悬浮列车的10 mm 悬浮间隙更能抵御地震灾害对列车运行的影响, 而日本恰恰是多地震的国家。

我国的磁悬浮技术研究起步较晚。

我国是在上世纪80年代初开始对低速常导型磁悬浮列车进行研究，也成为继德国，日本，英国，前苏联和韩国之后，第六个研制成功磁悬浮列车的国家。

1994 年10 月,西南交通大学建成了首条磁悬浮铁路试验线,并同时开展了磁悬浮列车的载人试验,成功地进行了 4 个座位,自重4t,悬浮高度为8mm, 时速为30km/h 的磁悬浮列车试验,于1996 年1 月通过铁道部组织的专家鉴定。

2000年，中国西南交通大学磁悬浮技术研究所研制成功是接受量高温超导在人磁悬浮试验车，这标志着我国磁悬浮技术研究已经进入了国际先进行列。

2002年世界上第一条磁悬浮列车商业运营线在伤害的成功开通，是中国磁悬浮事业迈向新阶段的重要一步，这个反映出磁悬浮列车的受重视程度和潜在的巨大市场。

2005年5月，国内首辆吊轨磁悬浮列车诞生，设计时速达400公里。

2006年4月，我国第一辆具有自主知识产权的中低速磁悬浮列车在四川成都青城山一个试验基地成功经过室外运行综合试验。

磁悬浮铁路最终将成为我国高速铁路网的主力之一。

磁悬浮技术是一项高科技集成技术, 它不光应用于磁悬浮铁路, 还可以有其他方面的应用。

可以预期, 随着磁悬浮技术的不断普及, 更多的应用产品将会不断出现。