我国具有完全自主知识产权的时速600公里高速磁浮交通系统日前在青岛下线。(中车四方股份公司供图)
中央纪委国家监委网站 王珍报道我国具有完全自主知识产权的时速600公里高速磁浮交通系统日前在青岛正式下线,引起国内外广泛关注。网友纷纷点赞,称其为“地表最快”、“贴地飞行”神器。
“这是世界首套设计时速达600公里的高速磁浮交通系统。”高速磁浮项目技术总师、中车四方股份公司副总工程师丁叁叁介绍,这标志着我国在高速磁浮领域取得重大突破,掌握了高速磁浮成套技术和工程化能力。
作为一种新兴高速交通模式,高速磁浮具有高速快捷、安全可靠、运输力强、舒适准点、绿色环保等优点。目前高铁的最高运营时速为350公里,飞机巡航时速为八九百公里,时速600公里高速磁浮交通系统的问世,能够说是填补了高铁和飞机之间的速度空白,助推我国立体交通网络的构建。
那么,什么是磁浮列车,我国磁浮交通发展现状如何,“贴地飞行”如何又快又稳又安全,我们何时能够坐上高速磁浮列车?记者带您一探究竟——
磁浮,一般是指磁悬浮技术,即利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。通俗地讲,就是“同性相斥、异性相吸”的原理。
磁浮列车是通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。不同于轮轨列车,磁浮列车在行驶时无需接触轨道,只受来自空气的阻力,因此能实现较高速度运行。高速磁浮列车的速度可达每小时400公里以上,中低速磁浮列车则多数在每小时100至200公里。
20世纪初,以蒸汽机为动力的轮轨交通工具早已越过顶峰,人们开始看好内燃机。比蒸汽机速度更快、重量更轻、功率更大的内燃机一时成为“提速”的关键。汽车、飞机、轮船……新一轮“提速”热潮在整个世界掀起。
然而,有科学家透过内燃机看到了轮轨之间摩擦的矛盾,通过精密计算,认为轮轨系统的极限速度很难超过350km/h。
那么,能否放弃车轮?抱着这一想法,1922年,德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出了电磁悬浮原理,继而申请了专利。
20世纪70年代以后,为提高交通运输能力以适应其经济发展和民生的需要,德国、日本、美国等国家相继开展了磁浮运输系统的研发。
我国对这一领域的研究始于20世纪80年代。当时正从事自动化控制研究的国防科大教授常文森被“磁浮列车”的概念所吸引。
1985年春,在日本参观国际科技博览会的常文森,一眼便认出了被称为21世纪交通工具的磁浮列车,并用身上仅有的500日元购票试乘了一次。
列车启动,轻轻地浮了起来,在300米运行轨道上,以平稳的速度向前行驶。车到站了,他仍久久不愿离去,一会儿摸摸这儿,一会儿看看那儿,下了车,又俯下身子观看车底和轨道。他的心久久难以平静。
“要让国产磁浮列车飞驰中华大地!”后来,常文森带着科研团队走上了一条漫长的探索之路。
目前,国内有三条磁浮交通线年,上海,世界首条高速磁浮商业运营线试运行。该线路连接龙阳路和浦东机场,全长30公里,最高时速可达430公里,由上海与德国合作。
如今,已过去近20年。在国家磁浮科研项目的支持下,上海磁浮交通发展有限公司成功研发了12类200多种磁浮关键国产替代产品:列车440V电网分配单元改造、ASG信号测试仪、涡旋无油空压机……走出了一条从技术合作到自主创新之路。
“快!”在上海工作的何女士和记者说,乘坐磁浮线从龙阳路到浦东机场仅需七八分钟,如果乘坐地铁则需要40多分钟,对于赶时间的商务人士“很友好”。
长沙,2016年5月开通我国拥有完全自主知识产权的第一条中低速磁浮快线日,这条线路实现新的突破——全线提速,既有磁浮列车运营时速由100公里提升至110公里,新的磁浮列车按时速140公里上线运营,变成全球上首条按时速140公里投入商业运营的中低速磁浮线分钟便可驶完全程。
北京,中低速磁浮S1线,我国第二条中低速磁浮线日,门头沟石厂站至金安桥站开通运营,开通首日客流为1.27万人次。今年7月21日,时速600公里高速磁浮交通系统下线线最后区间金安桥站至苹果园站实现桥梁贯通,今年底将实现通车试运行。这标志着S1线公里。
速度,定义时空转换法则,标记人类文明的跨越。在轨道交通领域,高速磁浮一直被称为“贴地飞行”神器,作为国际尖端技术,是全球交通科技竞争的战略高地。多个国家沿用不同技术路线进行了长期持续研发,并建成或规划了试验及运营线路。高速磁浮作为前沿关键科技被列入了我国《交通强国建设纲要》,《国家综合立体交通网规划纲要》也提出研究推进高速磁浮通道布局和试验线路建设。
在国际上,目前德国的磁浮技术最高试验时速达到505公里。而在我国,处于运营状态的3条磁浮线路中,上海磁浮线公里高速磁浮交通系统问世,将成为当前速度最快的地面交通工具。按“门到门”实际旅行时间计算,是1500公里运程范围内最快捷的交通模式。
五年前,如此高速的磁浮系统及工程化应用在我国仍属空白。中国的磁浮速度为什么能独占鳌头?科技为速度插上腾飞之翼。
据介绍,此次下线的高速磁浮,采用成熟可靠的常导技术,构建了包含车辆、牵引供电、运控通信、线路轨道在内全系统仿真、试验平台,搭建了从核心零部件、关键系统到系统集成的国产化产业链。
在车辆方面,科学技术人员自主研制了我国首列5辆编组的时速600公里高速磁浮工程化列车,不仅开发出新头型及气动方案,解决了超高速条件下的空气动力学难题,还使用先进激光复合焊和碳纤维技术,研制了满足超高速气密承载要求的轻质高强度车体。
据了解,磁浮列车实现高速运行的关键,一是要“浮起来”,二是要“跑起来”。这需要强劲的动力,而其核心动力装备则是直线电机和电磁铁。
让没有轮子的磁浮列车“浮起来”,奥秘是电磁铁。据中车株洲电机磁浮产品研究所所长何云风介绍,产生磁吸力的电磁铁好比是“无影腿”,能够使车辆保持一定间隙稳定悬浮于轨道上方,“贴地”高速“飞行”。时速600公里高速磁浮列车用悬浮电磁铁,电磁间隙是12.5mm。同时,电磁铁还具有发电作用,在车辆达到一定工作速度后,能利用谐波发电给车载蓄电池充电,实现车辆的非接触供电,保证车辆高速运行的供电可靠性。
而让时速600公里高速磁浮列车“跑起来”的关键则是直线电机。高速磁浮列车采用长定子直线电机作为强劲动力,定子和转子分别安装在磁浮轨道和磁浮列车上,依靠电磁力直接驱动电机动子运动,电能转化为列车前进的动能,凭无接触传递力引导推动列车飞驰。
牵引系统方面,则全新自主研发世界首套基于有源中点嵌位(ANPC)技术的24MVA大功率牵引变流系统,以及高速多分区牵引控制系统。
在强劲的牵引系统加持下,此次下线的磁浮列车加速到每小时600公里,只需要3.5分钟。
据介绍,时速600公里高速磁浮交通系统项目于2016年10月启动,2019年研制出试验样车,并于2020年6月在上海同济大学试验线上成功试跑,经过系统优化确定最终技术方案,于2021年1月研制出成套系统并开始了六个月的联调联试。至此,历时5年攻关,正式下线公里,也就从另一方面代表着该磁浮列车每秒钟可行进167米。速度如此之快,其安全性可靠性如何保证?五年时间,科研人员在保障其安全性可靠性方面做了不少努力、攻克了不少技术难题。
据中车四方股份公司有关负责的人介绍,此次下线的高速磁浮交通系统采用“车抱轨”的运行结构,即从车身下端伸出两排弯曲的“胳臂”将铁轨抱住,同时在“胳臂”内安装磁铁。磁铁通电产生强大磁力,使得铁轨被磁力吸引。而轨道是静止的,所以整个列车会因吸力而悬浮。除此之外,抱轨运行还能降低列车脱轨的风险。
不仅如此,牵引供电系统布置在地面,随列车位置分段供电,相邻分区只有一列车运行,基本没有追尾风险。
与此同时,科研人员还设计了一套“非常规”的制动系统——涡流制动器,确保在紧急状况下“停得稳”。
据了解,正常的情况下,高速磁浮列车在正常运行过程中,依靠同步直线电机进行制动;而当出现直线电机故障等紧急状况时,一定要通过涡流制动器实现制动停车,这是高速磁浮列车实现安全运作的最后也是最重要的一道安全保障。
特殊的道岔也是保障高速磁浮列车安全运作的重要一环。据中铁宝桥集团有限公司总工程师吉敏廷介绍,由于磁浮列车通过时速度很快,经过道岔时,如果道岔刚性不匹配,就会发生共振,产生剧烈震动。一旦共振,车辆就无法通过,甚至有可能造成道岔、车辆的损害,诱发重大事故。为解决这一问题,他们打造了一个特殊的道岔——单开可挠型右开道岔,能控制列车从一个股道转入另一个股道,进而控制列车沿着调度控制管理系统规划的路线行驶。“这是目前世界上通过速度最高的高速磁浮道岔。”
目前,该高速磁浮交通系统已完成了集成和系统联调,5辆编组列车在厂内调试线上实现了整列稳定悬浮和动态运行,各项功能性能良好。
“经过近20年的持续研究和技术积累,我国基本实现了高速磁浮交通全系统的自主研制能力,形成了成套工程化技术,实现了自主可控的产业配套能力,我国高速磁浮已从研发阶段进入高速试验阶段,将逐步过渡到示范运营、产业化发展阶段。”中国工程院副院长何华武表示。
高速快捷、安全可靠、绿色环保、寿命周期长……作为高速交通运输模式,高速磁浮能成为高速高品质出行的有效途径之一。那么我们何时才能线公里的高速磁浮列车?中车四方股份公司副总经理、总工程师梁建英给出的答案是未来五到十年。
从没有一寸高铁到高铁里程世界最长,从时速350公里的高铁时代,到今天时速600公里的高速磁浮带来“磁浮时代”的全新想象,在不停地改进革新、不断超越中,中国正在创造让世界惊叹的奇迹。
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